خواص فیزیکی زغال سنگ به تنوعی که در آن وجود دارد بستگی دارد.
کربن چندین آلوتروپ وجود دارد، مانند: الماس، فولرن، سیکلوکربن، گرافن و گرافیت.
صرف نظر از آلوتروپ ها، کربن یک جامد است، حتی در دماهای بالاتر از فلزات با بالاترین نقطه ذوب، مانند تنگستن و رنیوم.
از نظر ترمودینامیکی، زغال سنگ در بازار بسیار بیشتر از مس و آهن در برابر اکسیداسیون حساس است.
در طبیعت، گرافیت اغلب به شکل سنگدانه های فلس دار یا لایه ای یا به شکل توده فشرده ای از رنگ خاکستری مایل به سیاه یافت می شود.
بلورهای گرافیت که به خوبی توسعه یافته اند بسیار نادرتر هستند، این یک ماده معدنی کدر و انعطاف پذیر، شکننده، قابل برش است اما انعطاف پذیر نیست، کثیف و چرب در لمس است.
علاوه بر این، رسانای خوبی برای گرما و الکتریسیته است و در برابر دماهای بالا مقاوم است.
گرافن لایه نازک و شفافی از کربن است که ضخامت آن یک لایه اتم است. انعطاف پذیر است و برق را به خوبی هدایت می کند.
این ماده به شکل خالص در طبیعت وجود ندارد و قوی ترین ماده شناخته شده است. سیکلوکربن نوعی کربن با ساختار مولکولی است.
احتمالاً باید ماهیت نیمه هادی داشته باشد، اما پایداری ماکروسکوپی آن ناشناخته است.
ساختار فولرن، مانند سیکلوکربن، مولکولی است، اما مولکول های فولرن از اتم های کربن بیشتری ساخته شده اند.
این مولکول ها خواصی شبیه به هیدروکربن های آروماتیک مزدوج دارند، آنها جامداتی با جلای فلزی هستند.
آنها خاصیت ابررسانایی و نیمه هادی از خود نشان می دهند، الماس سخت ترین ماده معدنی شناخته شده است که در طبیعت یافت می شود و در آنجا بسیار نادر یافت می شود.
در جواهرات بسیار ارزشمند است، ممکن است حاوی مواد معدنی دیگر باشد، الماس رسانایی گرمایی خوبی (ناشی از رسانایی فونون موثر)، ویژگی عایق خوبی (به جز الماس آبی که نیمه هادی است) و همچنین سختی ذوب شدن (حدود 3500 درجه سانتیگراد) و مقاوم در برابر قلیایی ها و اسیدها است.
کربن همچنین میل به تشکیل پیوندهای شیمیایی با سایر اتم های کوچک (از جمله سایر اتم های کربن) و ایجاد پیوندهای کووالانسی زیادی با این اتم ها دارد.
در نتیجه، ترکیبات حاوی کربن در ساختار خود بخش بزرگی از تمام ترکیبات شناخته شده را تشکیل می دهند.
کربن بالاترین نقطه ذوب را در بین تمام عناصر دارد، در حالت مایع (در فشار اتمسفر) وجود ندارد، اما هنگامی که در دمای 3852 درجه سانتیگراد گرم می شود، تصعید می شود.
