Le diamant est un minéral composé de carbone cristallisé dans le système cubique. C’est le plus dur (dureté Mohs de 10) de tous les matériaux naturels.

Le diamant est une forme métastable du carbone dans les conditions de température et de pression normales. Il brûle dès 500°C dans un courant d’air, mais s’il est maintenu à 1 100°C sous atmosphère neutre, il se transforme en graphite.

Dans son état naturel, le diamant possède une structure cubique à faces centrées (où un site tétraédrique sur deux est rempli) et huit atomes par maille conventionnelle.

Projection stéréographique de la figure de pôles d'un réseau cristallin de diamant selon l'axe [111] qui démontre sa symétrie au long de la diagonale d'espace du cube élémentaire.

Cette structure est notée A4 en |notation Strukturbericht. Son groupe d'espace est (n°227), son symbole de Pearson est cF8. Son paramètre de maille est :

a = 3,566 7 Å

Le volume d'une maille est de 45,37 Å3, la densité théorique est de 3,517.

Sa masse molaire est de 12,02 g·mol-1, sa masse volumique mesurée est de 3 520 kg/m3.

Dans l’édifice cristallin du diamant, les liaisons entre atomes de carbones résultent de la mise en commun des électrons de la couche périphérique afin de former des couches saturées. Chaque atome de carbone est ainsi associé de façon tétraédrique à ses quatre voisins les plus proches (hybridation sp3 du carbone), et complète ainsi sa couche extérieure. Ces liaisons covalentes, fortes et donc difficiles à casser, couvrent tout le cristal, d’où son incroyable dureté.

La conductivité électrique est basse, car les électrons ne se regroupent pas comme dans un métal : ils restent liés aux atomes et ne peuvent pas, par exemple sous l’action d’un champ électrique extérieur, former un nuage électronique qui transporterait le courant de façon continue. En d’autres termes, le diamant est un très bon isolant. Néanmoins, il fait l’objet d’études en tant que semi-conducteur à large bande pour l’électronique de puissance.

La conductivité thermique du diamant est exceptionnelle, ce qui explique pourquoi il paraît si froid au toucher. Ce minéral est, de loin, le meilleur conducteur connu de la chaleur. Dans un cristal isolant électrique comme le diamant, la conductivité thermique est assurée par les vibrations cohérentes des atomes du réseau. Des valeurs de 2 500 W/(m·K) ont été mesurées, que l’on peut comparer aux 400 W/(m·K) du cuivre et de l’argent. Cette propriété en fait un candidat comme substrat pour le refroidissement des semi-conducteurs.

Enfin, le coefficient de dilatation du diamant, lié aux propriétés des vibrations du réseau de ce matériau, est très faible. Pour le diamant pur, l’accroissement relatif de longueur par degré est d’environ un millionième à température ambiante, que l’on peut comparer aux 1,2 millionièmes de l’invar, alliage constitué de 64 % de fer et de 36 % de nickel, qui est réputé pour sa très faible dilatation. Le fer est très loin derrière, avec 11,7 millionièmes.

Le diamant est transparent ou translucide ; son indice de réfraction est particulièrement élevé, et varie en fonction de la longueur d’onde : ce sont ces propriétés qui lui donne son éclat caractéristique, « adamantin ». Cet indice est de 2,407 pour la lumière rouge (687 nm), 2,418 pour la lumière jaune, et 2,451 pour la lumière bleue (431 nm).