石墨是元素碳的一種同素異形體，每個碳原子的周邊連結著另外三個碳原子（排列方式呈蜂巢式的多個六邊形）以共價鍵結合，構成共價分子。
在石墨晶體中同層碳原子間以sp2雜化形成共價鍵，每個碳原子與另外三個碳原子相聯，六個碳原子在同一平面上形成正六邊形的環，伸展形成片層結構。在同一平面的碳原子還各剩下一個p軌道，它們互相重迭，形成離域的π鍵電子在晶格中能自由移動，可以被激發，所以石墨有金屬光澤，能導電、傳熱。由於層與層間距離大，結合力（范德華力）較小，各層之間可以滑動，因此石墨的密度比金剛石小，質軟並有滑膩感，能應用於鉛筆芯與潤滑劑地製造。
在現實生活中，石墨除了能用來生產耐火材料、耐磨潤滑材料、高溫冶金材料外，還是目前主流商業化的鋰電負極材料。石墨鋰電負極材料優缺點如下：
優點：（1）石墨來源廣泛，儲量豐富；（2）經過改性後振實密度較高；（3）電化學性能較為穩定；（4）實際比容量密度可以與理論比容量相接近。
缺點：（1）克容量不足，難以滿足動力電池的實際需求；（2）純度較低，副反應較多；（3）層狀結構穩定性較差，經過長時間充放電迴圈後易坍塌，導致比容量嚴重下降以及儲能壽命大幅度縮短；（4）倍率性能較差，不能進行大電流充放電，則否會損害電池；（5）充放電平臺過低。
