La maggior parte dei diamanti naturali cristallizza nel mantello terrestre dove fluidi o fusioni contenenti carbonio incontrano la giusta combinazione di pressione, temperatura e condizioni chimiche povere di ossigeno. Nelle radici fredde e spesse degli antichi continenti, il carbonio può entrare nel campo di stabilità del diamante e disporsi nella rigida struttura cubica che conferisce al diamante la sua identità.

La maggior parte dei diamanti da gemma sono diamanti litosferici, formati a circa 150–250 km sotto la superficie nelle radici del mantello cratonico. Un gruppo più piccolo ma scientificamente importante, noto come diamanti superprofondi, si forma molto più in profondità, nella zona di transizione e nel mantello inferiore. Queste pietre sono rari messaggeri da regioni che gli esseri umani non possono campionare direttamente.

La crescita del diamante può avvenire in ambienti peridotitici o eclogitici. Fluidi ricchi di carbonio introdotti dalla subduzione, o fusioni contenenti carbonati che si muovono attraverso la roccia del mantello durante il metasomatismo, possono saturarsi e precipitare diamante. Il minerale non è quindi solo una gemma; è una testimonianza del trasferimento di carbonio attraverso l'interno della Terra.

I diamanti raggiungono la superficie principalmente in rocce vulcaniche rare e ricche di volatili chiamate kimberliti, e in alcuni contesti lamproiti. Questi magmi attingono a sorgenti del mantello sotto antiche regioni continentali e risalgono rapidamente attraverso tubi verticali o a forma di carota. La risalita rapida è essenziale: se il trasporto fosse troppo lento, i diamanti sarebbero più propensi a risolversi, alterarsi o perdere la loro integrità geologica prima di raggiungere livelli più superficiali.

Nessuna eruzione di kimberlite è stata direttamente osservata nella storia registrata, quindi gli scienziati ricostruiscono il loro comportamento da tubi, brecce, texture vulcaniche, esperimenti e modelli. Ciò che è chiaro è che le eruzioni contenenti diamanti sono insolite, violente e geologicamente rapide.

Molti diamanti sono straordinariamente antichi, spesso nell'intervallo di 1–3,5 miliardi di anni. Le loro età sono solitamente determinate indirettamente datazione delle inclusioni minerali usando sistemi come Rb–Sr, Sm–Nd o Re–Os. Queste inclusioni rivelano episodi di crescita del diamante legati a metasomatismo del mantello, evoluzione del cratone e ciclo del carbonio correlato alla subduzione.

Le inclusioni possono anche conservare minerali instabili in superficie a meno che non siano protetti all'interno del diamante. Questa protezione rende il diamante una capsula scientifica, sigillando frammenti della Terra profonda in un guscio duro e trasparente.

Le varietà di diamanti sono modellate da elementi in tracce, difetti strutturali, deformazione, esposizione a radiazioni, ambiente di crescita e aggregazione cristallina. I gemmologi usano il sistema di tipi di diamante per descrivere il contenuto di azoto e boro, mentre la classificazione del colore distingue i diamanti incolori o leggermente colorati nella gamma normale dalle pietre di colore fantasia.

I diamanti più visivamente drammatici devono spesso il loro colore non solo a semplici impurità, ma a difetti precisi nel reticolo. I diamanti blu sono legati al boro; molti diamanti gialli all'azoto; i diamanti rosa e rossi alla deformazione plastica; i diamanti verdi a centri di vacanze legati alla radiazione.

I diamanti coltivati in laboratorio hanno la stessa chimica fondamentale e struttura cristallina dei diamanti naturali: carbonio disposto nella struttura reticolare del diamante. La differenza è l'origine. I diamanti naturali crescono nel mantello terrestre; i diamanti coltivati in laboratorio cristallizzano in ambienti tecnologici controllati.

Due metodi di crescita principali dominano. La crescita HPHT utilizza alta pressione e alta temperatura per cristallizzare il diamante dal carbonio in condizioni che imitano aspetti della stabilità del mantello. La crescita CVD deposita il carbonio atomo per atomo da un gas contenente carbonio, comunemente usando plasma di metano e idrogeno, su piastre di diamante seme.