石墨是典型的非金属相。具有反射的多色性和各向异性。在光学显微镜中。用明场非偏振光观察，石墨为均匀一致的浅灰色；用暗场非偏振光观察，边缘有一亮圈。用明场偏振光观察，有些方向发暗，有些方向发亮；用暗场偏振光观察，呈各向异性，可看到明暗相交的十字形。就晶体结构而言，石墨属于六方晶系。六角形排列的层面（0001），亦即结晶学【1010】方向，原子以强有力的共价健结合着，基面边缘的碳原子健并不饱和，吸收附近碳原子的能力很强。基面与基面之间的棱面（1010），亦即结晶学的【0001】方向，原子以微弱的范德瓦尔力维持着，后者的结合力仅为前者的1/10。基于上述特点，按晶体生长理论看，石墨主要是沿着基面方向生长的，从而成长为片状；这样碳原子才会被“拉”得牢固。但是，当条件变化时（例如加入不同的变质剂），石墨就会呈现多种多样的形态。我国的学者按照石墨的二维、三维形态以及石墨晶体学特征，亦即其内部的晶面排列位相，把石墨分为片状、蠕虫状、球状和絮状4大类。前3类石墨是由铁液直接凝固而成的。第4类是由石墨化退火或氧化脱碳退火获得的。标准的石墨形态分为6类。即片状，水草状，蠕虫状，团絮状，团状和球状等。
