Mặc dù cacbon là nguyên tố nhiều thứ tư trong vũ trụ nhưng nó không nhiều lắm trên trái đất. Kim cương và graphit thường gặp trong tự nhiên nhưng hầu hết cacbon ở trạng thái kết hợp trong các hợp chất, như trong các khoáng canxi (CaCO3), đolomit (CaCO3,MgCO3), than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên, CO2 trong khí quyển.
- Kim cương nguyên chất trong suốt không màu, các nguyên tử C trong kim cương ở trạng thái lai hóa sp3 có cơ cấu tứ diện do liên kết C-C rất bền xuyên suốt tinh thể.
Kim cương là một trong những chất cứng nhất được biết trong tự nhiên. Trong tinh thể các nguyên tử C nằm ở đỉnh của tứ diện, tâm của tứ diện này là đỉnh của tứ diện khác. Toàn bộ tinh thể kim cương có cấu trúc rất đều đặn nên thực tế tinh thể là một phân tử khổng lồ, không có điện tử tự do .
Kim cương không dẫn điện , rất cứng và có tỉ khối lớn (d=3,514g/cm3) - Graphit (d=2,266g/cm3) có cấu trúc lớp, các nguyên tử C ở trạng thái lai hóa sp2 , các nguyên tử C nằm ở đỉnh của các lục giác đều và chúng nằm trong một mặt phẳng, trong các mặt mỗi nguyên tử C còn 1 điện tử p thẳng góc với mặt phẳng và chúng xen phủ bên với nhau thành một hệ thống liên kết pi tạo sự cộng hưởng liên kết giữa các nguyên tử (graphit dẫn điện). Trong graphit các lớp này được giữ lại bởi lực Vander Waals yếu có thể tách ra thành từng lớp mỏng được , khoảng cách giữa các lớp là 3,35 A0.
Cacbon vô định hình bao gồm: than cốc, than gỗ, than xương, mồ hóng,
…tính chất chủ yếu của chúng được xác định bởi bản chất và năng lượng bề mặt, dạng mịn có bề mặt lớn và với chỉ một phần lực hút được bão hòa nên chúng dễ hấp thụ các chất khí, chất màu và các chất tan trong dung dịch. Than hoạt tính được tẩm Pd, Pt hay các kim loại khác được sử dụng rộng rãi làm chất xúc tác.
- Một dạng khác của cacbon mới được nhận biết đó là fulleren (C60).
Khi tạo một hồ quang điện giữa 2 điện cực graphit trong bầu khí không oxi hóa người ta cô lập được fulleren trong muội than.