Unsur kimia
Atom unsur berkemurnian kimia dapat berikatan kimia satu dengan lainnya melalui lebih dari satu cara, memungkinkan unsur murni terdapat dalam banyak struktur kimia (penataan ulang spasial atom), yang dikenal sebagai alotrop, yang memiliki sifat berbeda. Sebagai contoh, karbon dapat dijumpai sebagai intan, yang memiliki struktur tetrahedral di sekeliling masing-masing atom karbon; grafit, yang memiliki lapisan atom karbon dengan struktur heksagonal yang ditumpuk; grafena, yang merupakan lapisan tunggal grafit yang sangat kuat; fulerena, yang memiliki bentuk hampir bulat, dan tabung nano karbon, yang berbentuk tabung dengan struktur heksagonal (bahkan inipun berbeda satu dengan lainnya dalam hal sifat listrik). Kemampuan suatu unsur untuk berada dalam lebih dari satu bentuk struktur dikenal sebagai 'alotropi'.
Alotrop karbon
Karbon mampu membentuk banyak alotrop karena bilangan valensi yang dimiliki oleh atom karbon. Salah satu alotrop karbon yang umum dikenal adalah berlian dan grafit. Akhir-akhir ini, semakin banyak jenis alotrop karbon baru yang diteliti dan ditemukan. Salah satunya seperti buckminsterfullerene (berbentuk bola) , graphene (berbentuk lembaran) , nanotube, nanobuds dan nanoribbons. Terdapat jenis alotrop karbon lainnya yang terbentuk pada suhu dan tekanan sangat tinggi.