天然钻石的主要成分为碳“C”，其含量达到了96%~99.9%。但是钻石由于在天然高温高压环境中形成， 也会存在其他金属和非金属元素，如不同程度的硅、钙、铝、铬、镁等。

钻石的化学成分主要是碳元素（含碳量96%-99.9%），剩余的4%~0.001%为比例不等的Si、Al、Ca、Mg、Mn、Ti、Cr、N等元素。这些元素通常以矿物包裹物的形式存在，比如钛铁矿、铬透辉石、石墨等。

一些彩色钻石就是因为微量元素的混入而呈现不同颜色。

黄钻：钻石形成过程中，氮原子取代钻石晶体中的某些碳原子，晶体开始吸收蓝色和紫色光线，令钻石呈现为黄色；

橙色钻石：橙色钻石与黄钻一样，颜色的形成是受到内部碳晶体结构和氮元素的影响；

蓝钻：钻石形成过程中，吸收微量硼元素，钻石便显天蓝色。所含的硼元素越多，蓝色就越深；

紫钻：紫色钻石颜色是由氢元素导致的；

黑钻：大多数天然黑钻的颜色是大量微小的矿物内含物（如石墨、黄铁矿或赤铁矿）延伸到整颗宝石；

虽然钻石的主要化学成分是常见的“C”碳元素，但它和同样以碳元素为主的“石墨”不同；

石墨中的碳原子是成层排列的，原子间的结合力很小。钻石中的碳原子则是交错整齐地排列成立方体结构，每个碳原子都紧密地与其他4个碳原子直接连接，构成一个牢固的结晶体。所以钻石硬度为10，而同样成分的石墨硬度仅是1-2。

仅仅从化学成分上来看，钻石算不上珍贵，但元素与物质并不是相同的概念，碳虽然在日常生活中非常常见，但是形成钻石的碳却非常少见，这就是钻石稀有的原因。