O mesmo elemento pode apresentar-se em diversas formas na natureza, e não estamos dizendo que pode ser sólido, líquido ou gás. Essas diferentes formas, ainda que no mesmo estado de agregação, chamam-se alotrópicas, e o fenômeno é conhecido como alotropia.

Sendo um caso muito conhecido, vamos descrever sobre o carbono e duas de suas formas alotrópicas: o diamante e a grafita. A existência de ambas demonstra que as propriedades das substâncias dependem não somente dos átomos que as constituem, mas também do arranjo em que os átomos se encontram.

A grafita presente na ponta do lápis e o diamante de uma jóia só contêm átomos, mas... que diferença entre os dois! A grafita é preta, brilhante, quebradiça e boa condutora de eletricidade, enquanto o diamante é transparente, isolante elétrico e duro, tanto que com ele se cortam blocos de granito.

Apesar das enormes diferenças, aquecendo um diamante até 1800 °C, ele se transforma lentamente em grafita, que é a forma alotrópica mais estável. Inversamente, aplicando-se pressões enormes, pequenas quantidades de grafita são transformadas em diamante.

Recentemente descobriram-se duas outras formas alotrópicas do carbono, não tão conhecidas como as anteriores: carbono VI e fulerenos.

O primeiro é constituído por uma longa cadeia de átomos de carbono nos quais se alternam ligações triplas, tendo sido encontrado em meteoritos e em jazidas terrestres de grafita.

Os fulerenos, por outro lado, foram a novidade científica da segunda metade da década de 1980, tendo sido sintetizados em 1985 pela evaporação da grafita com raios laser. Um dos fragmentos tinha 60 átomos de carbono e possuía uma estrutura simétrica quase esférica, semelhante a uma bola de futebol, com pentágonos e hexágonos alternados.

Depois apareceram outras moléculas com 28, 32, 50, 70, 76 e 84 átomos. O C-60, que é a forma mais abundante, é conhecido informalmente como "futeboleno", embora cientificamente todos eles se chamem "fulerenos" (do inglês, fullerenes), em homenagem a Rchard Buckminster Fuller, arquiteto que inventou a cúpula geodésica que tem uma estrutura semelhante.