Struktura grafitu składa się z warstw, w których występują sprzężone, sześcioczłonowe aromatyczne układy cykliczne, podobne do benzenu. Podobnie jak w benzenie, każde wiązanie C-C w warstwie ma charakter zdelokalizowanego, "1,5 krotnego" wiązania aromatycznego. Wiązania te tworzą obszary zdelokalizowanych orbitali π, które, podobnie jak to się dzieje w metalach umożliwiają swobodny ruch elektronów równolegle do warstw, dzięki czemu grafit wykazuje stosunkowo wysokie przewodnictwo elektryczne.

Między warstwami występują jedynie słabe oddziaływania. Ich charakter tradycyjnie określany jako oddziaływania Van der Waalsa w istocie jest słabym oddziaływaniem metalicznym. Metaliczny charakter wiązania w połączeniu z relatywnie małą ilością biorących w nim udział elektronów (ok. 1 na 10 tys. atomów) i wielką ruchliwością powoduje, że siła wiązania warstw jest zbliżona do tej charakterystycznej dla oddziaływań Van der Waalsa, a jednoczesnie przewodność elektryczna w kierunku prostopadłym do płaszczyzn grafitowych jest o kilka rzędów wielkości większa od przewodności charakterystycznej dla kryształów Van der Waalsa (kryształów molekularnych).

Odległości między sąsiednimi atomami węgla w jednej warstwie wynoszą 1.42 Å (czyli 0,142 nm), zaś między warstwami 3,35 Å (0,335 nm). Powoduje to, że grafit wykazuje znaczną anizotropię (czyli kierunkowość) różnych własności fizycznych. Np: Monokryształy grafitu przewodzą dobrze prąd elektryczny w kierunku równoległym do warstw i znacznie gorzej w kierunku prostopadłym.

Ze względu na to, że grafit techniczny jest zlepkiem niewielkich monokryształów, wykazuje on wysoką odporność mechaniczną na ściskanie i niewielką na rozciąganie i ścinanie. Jest więc jednocześnie twardy, łupliwy i podatny na ścieranie. Te szczególne własności mechaniczne powodują, że grafit posiada wyjątkowe dobre własności smarujące. Podczas poddawania go siłom ścinającym jakie występują między obracającymi się kołami zębatymi, lub kołami zębatymi i łańcuchem, ulega on rozdrobnieniu do postaci proszku, o mikrometrycznych rozmiarach drobin. Każda z tych drobin zachowuje jednak dużą odporność na ściskanie co prowadzi do zjawiska supersmarowania.

Mikrokryształki grafitu są głównym składnikiem sadzy. Również w strukturze węgla kamiennego występują grafitopodobne struktury przedzielone fazą amorficzną. Czysty grafit otrzymuje się w przemyśle przez kontrolowaną pirolizę antracytu w atmosferze azotu.