Алмаз представляет собой метастабильный аллотроп углерода, где атомы углерода расположены в виде вариации гранецентрированной кубической кристаллической структуры, называемой алмазной решеткой. Алмаз менее стабилен, чем графит, но скорость преобразования алмаза в графит незначительна при стандартных условиях. Алмаз известен как материал с превосходными физическими качествами, большинство из которых происходят из сильной ковалентной связи между его атомами. В частности, алмаз имеет наивысшую твердость и теплопроводность из всех сыпучих материалов. Эти свойства определяют основное промышленное применение алмаза в инструментах для резки и полировки и научное применение в алмазных ножах и ячейках с алмазными наковальнями.

Из-за своей чрезвычайно жесткой решетки он может быть загрязнен очень небольшим количеством примесей, таких как бор и азот. Небольшие количества дефектов или примесей (около одного на миллион атомов решетки) окрашивают в алмазный синий (бор), желтый (азот), коричневый (дефекты решетки), зеленый (облучение), фиолетовый, розовый, оранжевый или красный. Алмаз также имеет относительно высокую оптическую дисперсию (способность рассеивать свет разных цветов).

Большинство природных алмазов образуются при высокой температуре и давлении на глубинах от 140 до 190 километров (от 87 до 118 миль) в мантии Земли. Углеродсодержащие минералы являются источником углерода, и его рост происходит в периоды от 1 до 3,3 млрд. Лет (от 25% до 75% возраста Земли). Алмазы подносятся близко к поверхности Земли посредством глубоких вулканических извержений магмы, которая охлаждается в магматические породы, известные как кимберлиты и лампроиты. Алмазы также могут быть получены синтетически методом HPHT, который приблизительно имитирует условия в мантии Земли. Альтернативным и совершенно другим методом роста является химическое осаждение из паровой фазы (ХОПФ). Некоторые неалмазные материалы, которые включают в себя кубический диоксид циркония и карбид кремния и часто называют алмазными имитаторами, напоминают алмаз по внешнему виду и многим свойствам. Специальные геммологические методы были разработаны для различения природных алмазов, синтетических алмазов и алмазных имитаторов.