De meeste natuurlijke diamanten kristalliseren in de mantel van de aarde waar koolstofhoudende vloeistoffen of smelten de juiste combinatie van druk, temperatuur en zuurstofarme chemische omstandigheden ontmoeten. In de koele, dikke wortels van oude continenten kan koolstof het diamantstabiliteitsveld binnengaan en zich rangschikken in het stijve kubieke rooster dat diamant zijn identiteit geeft.

De meerderheid van de edelsteendiamanten zijn lithosferische diamanten, gevormd op ongeveer 150–250 km diepte onder het oppervlak in cratonische mantelwortels. Een kleinere maar wetenschappelijk belangrijke groep, bekend als superdiepe diamanten, vormt zich veel dieper, binnen de overgangszone en lagere mantel. Deze stenen zijn zeldzame boodschappers uit gebieden die mensen niet direct kunnen bemonsteren.

Diamantgroei kan plaatsvinden in peridotitische of eclogitische omgevingen. Koolstofrijke vloeistoffen die door subductie worden ingebracht, of carbonaathoudende smelten die tijdens metasomatose door mantelgesteente bewegen, kunnen verzadigd raken en diamant neerslaan. Het mineraal is dus niet alleen een edelsteen; het is een verslag van koolstofoverdracht door het binnenste van de aarde.

Diamanten bereiken het oppervlak voornamelijk in zeldzame, vluchtige rijke vulkanische gesteenten genaamd kimberlieten, en in sommige omgevingen lamproieten. Deze magma’s tappen mantelbronnen aan onder oude continentale gebieden en stijgen snel op door verticale of wortelvormige pijpen. Snelle opstijging is essentieel: als het transport te langzaam zou zijn, zouden diamanten waarschijnlijker oplossen, veranderen of hun geologische integriteit verliezen voordat ze ondiepere niveaus bereiken.

Er is nooit een kimberlietuitbarsting direct waargenomen in de geregistreerde geschiedenis, dus wetenschappers reconstrueren hun gedrag aan de hand van pijpen, breccies, vulkanische texturen, experimenten en modellering. Wat duidelijk is, is dat diamantdragende uitbarstingen ongewoon, gewelddadig en geologisch snel zijn.

Veel diamanten zijn buitengewoon oud, vaak in de orde van 1–3,5 miljard jaar. Hun leeftijden worden meestal indirect bepaald door het dateren van mineraalinsluitsels met systemen zoals Rb–Sr, Sm–Nd of Re–Os. Deze insluitsels onthullen groeifasen van diamanten die verband houden met mantelmetasomatose, de evolutie van kratonen en koolstofkringlopen gerelateerd aan subductie.

Insluitsels kunnen ook mineralen bewaren die aan het oppervlak onstabiel zijn, tenzij ze beschermd worden binnenin de diamant. Die bescherming maakt diamant tot een wetenschappelijke capsule, die fragmenten van de diepe aarde afsluit in een harde, transparante schaal.

Diamantvariëteiten worden gevormd door spoorelementen, structurele defecten, vervorming, stralingsblootstelling, groeimilieu en kristalaggregatie. Gemologen gebruiken het diamanttypesysteem om stikstof- en boorinhoud te beschrijven, terwijl kleurgradatie normale kleurloze tot lichte diamanten onderscheidt van fancy-kleurstenen.

De meest visueel dramatische diamanten danken hun kleur vaak niet alleen aan eenvoudige onzuiverheden, maar aan precieze defecten in het rooster. Blauwe diamanten zijn gekoppeld aan boor; veel gele diamanten aan stikstof; roze en rode diamanten aan plastic vervorming; groene diamanten aan stralingsgerelateerde vacuümcentra.

Laboratoriumdiamanten hebben dezelfde fundamentele chemie en kristalstructuur als natuurlijke diamanten: koolstof gerangschikt in het diamantrooster. Het verschil is de oorsprong. Natuurlijke diamanten groeien in de mantel van de aarde; laboratoriumdiamanten kristalliseren in gecontroleerde technologische omgevingen.

Twee belangrijke groeimethoden domineren. HPHT-groei gebruikt hoge druk en hoge temperatuur om diamant uit koolstof te kristalliseren onder omstandigheden die aspecten van mantelstabiliteit nabootsen. CVD-groei zet koolstof atoom voor atoom af vanuit een koolstofhoudend gas, meestal met methaan- en waterstofplasma, op diamantzaadplaten.