石墨在常温下单质碳的化学性质比较稳定，不溶于水、稀酸、稀碱和有机溶剂；高温下与氧反应燃烧，生成二氧化碳或一氧化碳；在卤素中只有氟能与单质碳直接反应。在加热下，单质碳较易被酸氧化；在高温下，碳还能与许多金属反应，生成金属碳化物。碳具有还原性，在高温下可以冶炼金属。此外，近年的研究发现，石墨可以被*溶解，形成单层石墨烯的*“溶液”。

石墨是碳质元素结晶矿物，它的结晶格架为六边形层状结构。每一网层间的距离为340pm，同一网层中碳原子的间距为142pm;。属六方晶系，具完整的层状解理。解理面以分子键为主，对分子吸引力较弱，故其天然可浮性很好。

石墨与金刚石、碳60、碳纳米管等都是碳元素的单质，它们互为同素异形体。