1GPa = 103MPa = 109Pa ≈ 104bar ≈ 104atm)
Theo giản đồ ta có thể thấy rằng cacbon tồn tại trong tự nhiên dưới nhiều hình thức khác nhau nhưng tất cả đều ở điều kiện khá khắc nghiệt (trừ các hợp chất của nó).
Từ giản đồ ta thấy điểm 3 của Cacbon có P ≈ 10,8 ± 0,2 MPa và T ≈ 4.600 ± 300 K. Vậy trong điều kiện áp suất khí quyển cacbon không có điểm nóng chảy. Nhiệt độ thăng hoa của cacbon khoảng 3900 K.
Các điểm cần phân tích trên giản đồ:
+ Có 2 điểm 3 (triple point) trên giản đồ.
Một điểm ba bên dưới là điểm mà 3 pha của cacbon rắn (graphit), lỏng và hơi nằm cân bằng với nhau.
Điểm ba phía trên thì 3 pha rắn (graphit), rắn (kim cương) và lỏng nằm cân bắng với nhau.
Ở nhiệt độ và áp suất thấp hơn phần được vẽ trên giản đồ. (có thể chỉ có than chì và một số dạng kém bền nhất của cacbon)
+ 3 khu vực siêu bền (metastable): các dạng thù hình của cacbon nằm trong những vùng này sẽ rất bền về cấu trúc.
+ Phần thay đổi thể tích theo áp suất so với thay đổi thể tích theo nhiệt độ.
Trong vùng lỏng thể tích của cacbon sẽ bị ảnh hưởng của nhiệt độ nhiều hơn ảnh hưởng của áp suất, ∆V(p) = -0.1∆V(T)
Trong vùng rắn (kim cương) thể tích của cacbon chịu ảnh hưởng của T và P là như nhau.
+ Tại các khu vực trên giản đồ thì ứng với các dạng nào của cacbon.
Ở áp suất bình thường cacbon có dạng của graphit, trong đó mỗi nguyên tử liên kết với 3 nguyên tử khác trong mặt phẳng tạo ra các vòng lục giác, giống như các vòng trong các hiđrôcacbon thơm. Có hai dạng của graphit đã biết, là alpha (lục giác) và beta
(rhombohedral), cả hai có các thuộc tính vật lý giống nhau, ngoại trừ về cấu trúc tinh thể.
Các loại graphit có nguồn gốc tự nhiên có thể chứa tới 30% dạng beta, trong khi graphit tổng hợp chỉ có dạng alpha. Dạng alpha có thể chuyển thành dạng beta thông qua xử lý cơ học và dạng beta chuyển ngược thành dạng alpha khi bị nung nóng trên 1000 °C.
Vì sự phi tập trung hóa của các đám mây pi, graphit có tính dẫn điện. Vật liệu vì thế là mềm và các lớp, thường xuyên bị tách ra bởi các nguyên tử khác, được giữ cùng nhau chỉ bằng các lực van der Waals, vì thế chúng dễ dàng trượt trên nhau.
Ở áp suất cực kỳ cao các nguyên tử cacbon tạo thành thù hình gọi là kim cương, trong đó mỗi nguyên tử được liên kết với 4 nguyên tử khác. Kim cương có cấu trúc lập phương như silic và gecmani và vì độ bền của các liên kết cacbon-cacbon, cùng với chất đẳng điệnnitrua bo (BN) là những chất cứng nhất trong việc chống lại sự mài mòn. Sự chuyển hóa thành graphit ở nhiệt độ phòng là rất chậm và không thể nhận thấy. Dưới các điều kiện khác, cacbon kết tinh như là Lonsdaleit, một dạng giống như kim cương nhưng có cấu trúc lục giác.
Các fulleren có cấu trúc giống như graphit, nhưng thay vì có cấu trúc lục giác thuần túy, chúng có thể chứa 5 (hay 7) nguyên tử cacbon, nó uốn cong các lớp thành các dạng hình cầu, elip hay hình trụ. Các thuộc tính của các fulleren vẫn chưa được phân tích đầy đủ. Tất cả các tên gọi của các fulleren lấy theo tên gọi của Buckminster Fuller, nhà phát triển của kiến trúc mái vòm, nó bắt chước cấu trúc của các "buckyball".