El diamante tiene una estructura tridimensional. Cada átomo de carbono está unido a otros cuatro átomos de carbono que ocupan las cuatro esquinas de un tetraedro y cada uno de estos cuatro átomos de carbono está unido a cuatro átomos de carbono más.
Tal patrón se repite en toda la red cristalina dando como resultado una molécula gigante. Como la única unidad de diamante es un tetraedro, se deduce que los átomos de carbono han sufrido hibridación sp³.
Cada átomo de carbono está unido covalentemente a otros cuatro átomos de carbono mediante la superposición de orbitales híbridos sp³ medio llenos en la estructura cristalina del diamante y es difícil romper estos enlaces.
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El diamante tiene un punto de fusión alto y muy duro. El diamante tiene una densidad muy alta de 3.51 gramos por ml debido a la estructura gigante tridimensional. Dado que los cuatro electrones de carbono de valencia están involucrados en la unión y no hay electrones libres en la estructura cristalina del diamante. Diamante no es un conductor de electricidad.
