石墨是一種碳的同素異形體，其形成主要通過以下過程：
生物相階段。石墨最初在地表的有機質沉積物中形成，這些有機質主要來源於腐殖質和生物殘骸。這個階段石墨的晶體結構較爲原始且不規則。
熱變質階段。隨着地球深部溫度和壓力的升高，原始的石墨髮生熱變質反應。在高溫高壓的環境中，原始石墨經過結晶和重排，逐漸形成具有規則晶體結構的石墨礦物。
駱馬期變形作用。石墨礦物在後期地質運動中發生變形作用，形成片狀的石墨，通常由細小的晶體堆疊而成，形成了獨特的平行排列結構。
此外，石墨的形成還需要特定的化學環境，通常在含有碳元素的岩石礦物中，加上高溫高壓等因素，使得碳元素排列形成石墨的結構。除了自然形成，石墨也可以通過人工合成，例如通過化學氣相沉積法，將有機化合物的氣體流經反應室，通過熱能分解這些有機化合物，生成碳原子，並在反應室的壁上沉積成石墨。