Кристаллическая решетка графита имеет ярко выраженную слоистую структуру, характеризующуюся легким перемещением слоев относительно друг друга. Твердость графита незначительная и изменяется в зависимости от направления относительно кристаллографических осей решетки более чем в 5 раз. Графит имеет крупнозернистую структуру, что отличает его от мелкозернистых углей, в частности от сажи, имеющей особо мелкодисперсное кристаллическое строение.
Кристаллическая решетка графита имеет гексагональное строение в виде так называемых базисных плоскостей, расположенных одна над другой, а их центры находятся над одним из углов плоскостей, лежащих сверху и снизу. В базисной плоскости, все атомы углерода между собой прочно связаны, при том, что каждый атом углерода связан только с тремя соседними атомами. Четвертый электрон в каждом атоме углерода не локализован, что определяет хорошую электропроводность графита.
Сходство кристаллических решеток графита и бинарного соединения бора и азота (нитрид бора BN) позволяет предположить, что BN должен обладать хорошими смазывающими свойствами. Однако данные по этому вопросу весьма противоречивы, и нитрид бора не нашел широкого применения в качестве твердой смазки.