石墨的形成是一個複雜的過程，主要歸因於以下幾種機制：
高溫高壓的物理過程。在地球深處，由於高溫和高壓的作用，原有的石墨晶體分子間的連線變得更加緊密，形成高度有序的六角晶狀結構。這是天然石墨基本結構形成的主要原因。
化學沉積過程。石墨通常出現在古生代岩石中，這些岩石和沉積物中主要含有富含生物質的頁岩和砂岩。在這些物質通過生物化學反應和微生物分解作用釋放大量的碳元素後，最終形成石墨。
變質作用。在地球板塊運動過程中，岩石受到高溫高壓的加熱和擠壓，導致原本的有機質和岩石中的化合物發生化學反應，釋放出大量的碳元素。有機質經過壓實和結晶化後形成石墨礦脈和石墨片岩。
液態成因。深部地熱流體中含有大量的碳源物質，這些物質經過複雜的化學過程作用後形成石墨。
生物成因。部分生物體具有還原性，可以還原含氧化物的礦物，生成含碳化合物。
此外，鋼鐵中的石墨是通過鋼鐵中的碳元素在高溫下與氧化鐵組分反應後生成的結晶體。人造石墨的製造過程需要高溫和高壓，將石墨顆粒和焦油混合後在高溫下加熱，經過預壓和高壓處理後形成。