石墨 (/?ɡr?fa?t/) 是元素碳的結晶形式。 它由堆疊的石墨烯層組成。 石墨自然發生，是標準條件下最穩定的碳形式。 合成和天然石墨被大量消耗（300 噸/年，1989 年）用于制造鉛筆、潤滑劑和電極。 在高壓和高溫下，它會轉化為金剛石。 它是熱和電的弱導體。

天然石墨的主要類型，每種都存在于不同類型的礦床中，是

• 石墨的結晶小薄片（或片狀石墨）以孤立、扁平、板狀顆粒的形式出現，如果未破碎則具有六邊形邊緣。 斷裂時，邊緣可能不規則或有棱角；
• 無定形石墨：非常細的片狀石墨有時稱為無定形；
• 塊狀石墨（或脈狀石墨）產于裂隙脈或裂縫中，表現為纖維狀或針狀結晶聚集體的塊狀板狀共生，可能是熱液成因。
• 高度有序的熱解石墨是指石墨片之間的角差小于 1° 的石墨。
• 石墨纖維這個名稱有時用于指代碳纖維或碳纖維增強聚合物。

由于變質過程中沉積碳化合物的減少，石墨發生在變質巖中。 它也存在于火成巖和隕石中。 與石墨相關的礦物包括石英、方解石、云母和電氣石。

在隕石中，石墨與隕石和硅酸鹽礦物一起出現。 隕鐵中的小石墨晶體稱為斜長石。 一些微觀顆粒具有獨特的同位素組成，表明它們形成于太陽系之前。 它們是早于太陽系的大約 12 種已知礦物之一，也在分子云中被發現。 這些礦物質是在超新星爆炸或中等大小的恒星在其生命后期排出外殼時在噴射物中形成的。 石墨可能是宇宙中第二或第三古老的礦物。

石墨由三角形平面碳片組成。 各個層稱為石墨烯。 在每一層中，碳原子排列成蜂窩狀晶格，鍵長為0.142 nm，面間距為0.335 nm。 層與層之間的結合是相對較弱的范德華鍵，并且經常被氣體占據，這使得類石墨烯層很容易分離并相互滑過。

垂直于各層的電導率因此降低了大約 1000 倍。

石墨的兩種形式稱為α（六方）和β（菱形）。 它們的屬性非常相似。 它們在石墨烯層的堆疊方面有所不同：α 石墨中的堆疊是 ABA，而 ABC 堆疊在能量上不太穩定且不太常見的 β 石墨中。 α 型可通過機械處理轉化為 β 型，當加熱到 1300 °C 以上時，β 型又恢復為 α 型。

• 石墨表面掃描隧道顯微鏡圖像
• ABA層堆疊側視圖
• 層疊平面圖
• α石墨的晶胞

石墨和金剛石之間轉變的平衡壓力和溫度條件在理論上和實驗上都得到了很好的確立。 壓力在 0 K 時的 1.7 GPa 和 5000 K 時的 12 GPa 之間線性變化（金剛石/石墨/液體三相點）。但是，這些相在這條線附近有一個寬闊的區域，它們可以在那里共存。 在常溫常壓、20°C (293K) 和 1 個標準大氣壓 (0.10MPa) 下，碳的穩定相是石墨，而金剛石是亞穩態的，其向石墨的轉化率可以忽略不計。 然而，在大約 4500 K 以上的溫度下，金剛石會迅速轉化為石墨。 石墨快速轉化為金剛石需要遠高于平衡線的壓力：在 2000 K 時，需要 35 GPa 的壓力。

石墨的聲學和熱學特性是高度各向異性的，因為聲子沿著緊密結合的平面快速傳播，但從一個平面傳播到另一個平面的速度較慢。 石墨的高熱穩定性和導電性和導熱性使其廣泛用作高溫材料加工應用中的電極和耐火材料。 然而，在含氧氣氛中，石墨很容易在 700 °C 及以上的溫度下氧化形成二氧化碳。

石墨是電導體，因此可用于弧光燈電極等應用。