金刚石和晶体硅都属原子晶体，但由于在金刚石中碳原子的四个价电子全部用来形成共价键，晶体内部结构中不存在自由电子，故不导电。此外，又由于C—C键键长较短（1.55×10^-10m），键能较大（346kJ/mol），C—C键中两个键的原子核对共用电子对的吸引力大，虽有外因（光和热）作用，共用电子对也不会被激发成自由电子，因此金刚石不能导电。

而晶体硅虽结构与金刚石相似，晶体内部无自由电子，但Si——Si键键长（2.35×10^-10m）却比C—C键长， Si——Si键键能（177kJ/mol）比C—C键键能小，Si—Si键中成键的两个硅原子对共用电子对吸引力较小，在外界条件（光和热）作用下，可摆脱两核的吸引力而成为自由电子，从而使晶体导电。此时共用电子对离开共价键结构，留下的空位成为带正电荷的空穴，而自由电子和空穴总是成对出现的，称为电子一空穴对，由于自由电子的运动，使电子一空穴对不断更换，使晶体硅导电有一定方向性，所以晶体硅称为半导体。

而石墨是导体，原因是石墨是层状结构，在同一层中，每个碳原子以共价键与其它三个碳原子成键，每个碳原子都还有一个比较自由的未成键电子，因此可以导电，石墨是导体。