En el estado sólido las propiedades alotrópicas ocurren en elementos de una misma composición, pero aspectos diferentes. Por lo tanto, la propiedad debe ocurrir en el mismo estado de agregación de la materia.
La explicación de las diferencias de propiedades se ha encontrado en la disposición espacial de los átomos. Por ejemplo, en los cristales de diamante cada átomo de carbono está unido a cuatro átomos vecinos de este mismo elemento, por lo cual adopta una ordenación en forma de tetraedro que le confiere una dureza particular. La hibridación del carbono en el diamante es sp3.
En el grafito, los átomos de carbono están dispuestos en capas superpuestas. En cada capa ocupan los vértices de hexágonos regulares imaginarios. De este modo, cada átomo está unido a tres de la misma capa con más intensidad y a uno de la capa próxima de manera más débil. En este caso la hibridación del carbono es sp2. Esto explica la blandura y la untuosidad –al tacto– del grafito. La mina de un lápiz forma el trazo porque, al desplazarse sobre el papel, a éste se adhiere una delgada capa de grafito.
El diamante y el grafito, por ser dos sustancias simples diferentes, sólidas, constituidas por átomos de carbono, reciben la denominación de variedades alotrópicas del elemento carbono.
Una tercera variedad alotrópica del carbono es el fullereno (C60) o buckminsterfullereno (en honor del arquitecto Buckminster Fuller, por haber construido la cúpula geodésica en la Île Sainte-Hélène, Montreal). Puesto que tiene forma de balón de fútbol, al buckminsterfullereno también se le conoce como bucky ball.
