石墨的化学成分为碳(C)。天然产出的石墨很少是纯净的，常含有杂质，包括SiO2、Al2O3、MgO、CaO、P2O5、CuO、V2O5、H2O、S、FeO以及H、N、CO2、CH4、NH3等。天然石墨矿物呈铁黑、钢灰色，条痕光亮黑色;金属光泽，隐晶集合体光泽暗淡，不透明;硬度具异向性，垂直解理面为3~5，平行解理面为1~2;质软，密度为2.09~2.23g/cm3，有滑腻感，易污染手指。矿物薄片在透射光下一般不透明，极薄片能透光，呈淡绿灰色，折射率1.93~2.07，在反射光下呈浅棕灰色，反射多色性明显，Ro灰色带棕，Re深蓝灰色，反射率Ro23(红)，Re5.5(红)，反射色、双反射均显著，非均质性强，偏光色为稻草黄色。

石墨属复六方双锥晶类，呈六方板状晶体，常见单形有平行双面、六方双锥、六方柱，但完好晶形少见，一般呈鳞片状或板状，集合体呈致密块状、土状或球状。