有金刚石、石墨、碳纳米管、足球烯等。
碳单质，除骨炭含碳在10%左右以外，其余主要成分都是单质碳。
纯净的、单质状态的碳有金刚石、石墨和C60（又称富勒烯或足球烯），此外，还有C36、C70、C84、C240、C540、碳纳米管等。
它们是碳的同素异形体。而作为混合物的碳单质无定形碳，有木炭、焦炭、活性炭、炭黑、骨炭和糖炭等。除骨炭含碳在10%左右以外，其余主要成分都是单质碳。
由于碳原子形成的键都比较稳定，有机化合物中碳的个数、排列以及取代基的种类、位置都具有高度的随意性，因此造成了有机物数量极其繁多这一现象，现代人类发现的化合物中有机物占绝大多数。
由于金刚石晶体中碳碳键很强，所有价电子都参与了共价键的形成。晶体中没有自由移动电子，所以金刚石不仅硬度大，熔点高，而且不导电。
常温下，金刚石对所有的化学试剂都显惰性，但在空气中加热到1100K左右时能燃烧成二氧化碳。
而石墨烯各个碳原子间的连接非常柔韧，当施加外部机械力时，碳原子面就弯曲变形。碳原子就不需要重新排列来适应外力，这也就保证了石墨烯结构的稳定，使得石墨烯比金刚石还坚硬，同时可以像拉橡胶一样进行拉伸。这种稳定的晶格结构还使石墨烯具有优秀的导电性。
石墨烯中的电子在轨道中移动时，不会因晶格缺陷或引入外来原子而发生散射。由于其原子间作用力非常强，在常温下，即使周围碳原子发生挤撞，石墨烯中的电子受到的干扰也非常小。
碳(C)的同素异形体有:
①【金刚石】金刚石是无色正八面体晶体，其成分为纯碳，由碳原子以四价键链接，为目前已知自然存在最硬物质。
②【石墨】石墨晶体具典型的层状结构，碳原子排列成六方网状层，面网结点上的碳原子相对于上下邻层网格的中心。
③【富勒烯】富勒烯的结构都是以五边形和六边形面组成的凸多面体。最小的富勒烯是C60，有正十二面体的构造。没有22个顶点的富勒烯，之后都存在C的富勒烯，n=12、13、14……所有富勒烯结构的五边形个数为12个，六边形个数为n-10。
④【碳纳米管】碳纳米管又称巴基管，英文简称CNT，是由单层或多层的石墨烯层围绕中心轴按一定的螺旋角卷曲而成一维量子材料。
⑤【石墨烯】石墨烯是一种以sp²杂化连接的碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的新材料。
⑥【石墨炔】具有丰富的碳化学键、大的共轭体系、宽面间距、优良的化学稳定性，被誉为是最稳定的一种人工合成的二炔碳的同素异形体。
