石墨也被稱為“鉛筆芯”或“黑鉛”，其主要成分是碳(C)。自然界產生的石墨是在高溫下還原形成的。沉積變質石墨分布廣泛，是富含有機質或碳的沉積巖經區域變質作用形成的。比如煤層或碳質沉積巖可以通過變質作用生成石墨；巖漿巖與石灰巖接觸，石灰巖分解出的CO2可還原成石墨。石墨很少是純的，而且往往含有大量的機械夾雜物，如應時、云母、鹽、氧化鐵、氧化鎂、氧化鈣、五氧化二磷等。有時還有二氧化碳、一氧化碳、H2、甲烷、N2、水和瀝青等氣體。石墨晶體是一種層狀晶格，由許多碳原子六角環連接在一起形成一個巨大的平面網絡，相互平行重疊。常見的石墨晶體屬于六方晶系。完整的晶體很少見，通常呈板狀和鱗片狀。無定形石墨通常是塊狀和粉末狀的。天然石墨的晶體直徑小于1μm的地方，在普通顯微鏡下很難看到其晶型的致密石墨集合體，稱為微晶石墨(也稱無定形石墨或土狀石墨)。