Kol har mer än tio välkända allotroper, inklusive två fullerener, fyra enkelväggiga nanorör och tre typer av grafen samt amorft kol och kolsvart. Men de viktigaste allotroperna är bara två:grafit och diamant. Båda allotroperna består enbart av kolatomer. Den viktigaste strukturella skillnaden som ger grafit och diamant väldigt olika egenskaper ligger i hur dessa kolatomer binder.