Diamant indeholder rent kulstof, hvilket betyder, at den kun er sammensat af kulstofatomer. Disse kulstofatomer er arrangeret i et regelmæssigt, gentaget mønster kaldet et krystalgitter. Kulstofatomerne i diamant er bundet til hinanden af stærke kovalente bindinger, hvilket er det, der giver diamant dens ekstreme hårdhed.
Kul er en blanding af forskellige kulstofholdige forbindelser. Det indeholder kulstof, brint, oxygen, nitrogen og svovlatomer. Kulstofatomerne i kul er arrangeret på en uregelmæssig, uregelmæssig måde, hvorfor kul ikke har en krystalstruktur. Kulstofatomerne i kul er bundet til hinanden af svagere van der Waals-kræfter, hvilket er det, der gør kul blødere end diamant.