金剛石結(jié)構(gòu)的原型是金剛石的晶體結(jié)構(gòu)。在金剛石晶體中，每個碳原子的4個價電子以sp3雜化的方式，形成4個完全等同的原子軌道，與最相鄰的4個碳原子形成共價鍵。這4個共價鍵之間的角度都相等，約為109.28度，精確值，這樣形成由5個碳原子構(gòu)成的正四面體結(jié)構(gòu)單元，其中4個碳原子位于正四面體的頂點(diǎn)，1個碳原子位于正四面體的中心。因為共價鍵難以變形，C-C鍵能大，所以金剛石硬度和熔點(diǎn)都很高，化學(xué)穩(wěn)定性好。共價鍵中的電子被束縛在化學(xué)鍵中不能參與導(dǎo)電，所以金剛石是絕緣體，不導(dǎo)電。

金剛石結(jié)構(gòu)的空間堆積率（又稱占位比，為 0.34）比面心立方結(jié)構(gòu)和六角密積結(jié)構(gòu)(與長軸短軸比有關(guān)，近似與面心立方結(jié)構(gòu)相同)低，也比體心立方結(jié)構(gòu)低。但金剛石結(jié)構(gòu)的原子密度（即單位空間中的原子數(shù)）大。這一特點(diǎn)對于金剛石尤其顯著，因為金剛石中的C-C鍵長很小

在金剛石晶胞中：C原子占據(jù)立方晶胞的頂點(diǎn)、面心和互不相鄰的四個小立方體的中心，與每個C原子等距緊鄰的C原子有4個，它們之間的距離為?√3 a/4。最小碳環(huán)由6個C原子組成，每個C原子分屬于1個六元環(huán)。1mol 金剛石的晶體中，C—C鍵數(shù)目為2mol。單晶硅的晶胞結(jié)構(gòu)與金剛石類似。