石墨具有獨特的晶體結構，對其性質和應用起著關鍵作用。

石墨的晶體結構為層狀。在每一層中，碳原子以 sp2雜化軌道形成共價鍵，每個碳原子與周圍三個碳原子以共價鍵相連，構成正六邊形的平面網狀結構。這種結構使得層內的碳原子結合非常緊密，具有很強的穩定性。在同一層內，由于共價鍵的作用，石墨具有良好的導電性和導熱性。同時，層內的碳原子間距較小，使得石墨在平面方向上具有較高的強度。

然而，層與層之間的結合力則是較弱的范德華力。這就使得石墨層與層之間容易相對滑動，從而賦予了石墨良好的潤滑性能。層間距較大也使得一些小分子或離子可以插入層間，形成插層化合物。石墨的層狀結構還決定了它具有各向異性的特點，即在不同方向上的物理性質有所不同。例如，垂直于層方向的導電性和導熱性明顯低于平行于層方向。

總的來說，石墨的晶體結構使其兼具了多種優異的性能，成為一種在眾多領域都有廣泛應用的重要材料。