化學成分為 C、晶體屬六方或三方晶系的自然元素礦物。與金剛石和以美籍華裔礦物學傢趙景德姓氏命名的趙擊石等成同質多象。
石墨晶體結構中，碳原子按六方環狀排列成層（見圖）。
由於層在垂直方向上的堆垛順序不同而有兩種不同的多型，即兩層重複的石墨-2H和三層重重復的石黑－3R。自然界產出的石墨大多數屬2H型。
石墨晶體呈六方片狀，集合體多呈鱗片狀或塊狀、土狀，底面解理極完全。摩斯硬度1～2。有滑感，易污手。比重2.21～2.26。顏色及條痕均為黑色。晶體呈半金屬光澤，隱晶質塊體光澤暗淡。導電性良好。
石墨最常見於大理巖、片巖或片麻巖中，是有機成因的碳質物變質而成。煤層可經熱變質作用部分形成石墨。少量石墨是火成巖的原生礦物。石墨也常見於隕石中，一般為團塊狀，以一定方位關系組成立方體外形的多晶集合體稱方晶石墨。
石墨用於制造鉛筆芯、高溫坩堝、潤滑劑、電極、鑄模面塗料、原子反應堆的中子減速劑，以及作為人工合成金剛石的原料等。石墨-3R比石墨-2H較易轉變為金剛石。由於近代對石墨的需求量大，常用無煙煤或石油焦碳為原料，在電爐內加熱，生產人造石墨。