Le diamant est un minéral transparent ou translucide composé de carbone cristallisé dans le système cubique à faces centrées et huit atomes par maille élémentaire. Chaque atome de carbone est relié à quatre atomes voisins disposés au sommet d’un tétraèdre régulier. Les liaisons chimiques covalentes entre atomes, fortes et donc difficiles à casser, couvrent tout le cristal, d’où son incroyable dureté. Le diamant est le plus dur de tous les matériaux naturels (dureté Mohs de 10 sur une échelle allant de 1 à 10).

Le diamant est une forme métastable du carbone dans les conditions de température et de pression normales. Il brûle dès 500 °C dans un courant d’air, mais s’il est maintenu à 1100 °C sous atmosphère neutre, il se transforme en graphite.

Sa masse volumique moyenne est de 3,520 g.m^-3. Pour comparaison, celle du quartz vaut 2,6 g.m^-3.

Au niveau de la résistance mécanique, le diamant est relativement fragile aux chocs mais le diamant possède aussi une très forte élasticité qui lui permet d’amortir les chocs avec une surface dure. La fragilité de la pierre est exacerbée quand l’impact est dans le sens du clivage.

Le diamant résiste aux agressions chimiques (acides et bases). Cependant, le nitrate de potassium ou la soude fondue sont capables de le dissoudre.

Les vrais diamants taillés, à la différence des imitations, sont invisibles aux rayons X.

Sa conductivité électrique est basse car les électrons ne se regroupent pas comme dans un métal : ils restent liés aux atomes et ne peuvent pas, par exemple sous l’action d’un champ électrique extérieur, former un nuage électronique qui transporterait le courant de façon continue. En d’autres termes, le diamant est un très bon isolant. Néanmoins, il fait l’objet d’études en tant que semi-conducteur à large bande pour l’électronique de puissance.

Une variation brusque d’une centaine de degrés peut fendre et casser un diamant. La conductivité thermique du diamant est surprenante : ce minéral est de loin le meilleur conducteur connu de chaleur. Ainsi, il parait froid au toucher mais rapidement, il absorbe la chaleur transmise. Dans un cristal isolant électrique comme le diamant, la conductivité thermique est assurée par les vibrations cohérentes des atomes du réseau. Des valeurs de 2500 W.m^-1.K^-1 ont été mesurées, que l’on peut comparer aux 400 W.m^-1.K^-1 obtenues pour le cuivre et l’argent. Cette propriété en fait un candidat comme substrat pour le refroidissement des semi-conducteurs et les puces électroniques des ordinateurs dans lesquelles la chaleur doit se dissiper rapidement. Pour cela, un fin film de diamant est réalisé.

Enfin, le coefficient de dilatation du diamant, lié aux propriétés des vibrations du réseau de ce matériau, est très faible (1.10^-6°C^-1). A titre de comparaison, celui du fer est de 1,22.10^-5°C^-1 et celui du verre de 7.10^-6°C^-1.