A maioria dos diamantes naturais cristaliza no manto da Terra onde fluidos ou fusões contendo carbono encontram a combinação certa de pressão, temperatura e condições químicas pobres em oxigênio. Nas raízes frias e espessas dos continentes antigos, o carbono pode entrar no campo de estabilidade do diamante e se organizar na rede cúbica rígida que dá ao diamante sua identidade.

A maioria dos diamantes gemológicos são diamantes litosféricos, formados aproximadamente a 150–250 km abaixo da superfície em raízes do manto cratônico. Um grupo menor, mas cientificamente importante, conhecido como diamantes superprofundos, forma-se muito mais profundamente, dentro da zona de transição e do manto inferior. Essas pedras são mensageiros raros de regiões que os humanos não podem amostrar diretamente.

O crescimento do diamante pode ocorrer em ambientes peridotíticos ou eclogíticos. Fluidos ricos em carbono introduzidos pela subducção, ou fusões contendo carbonato que se movem através da rocha do manto durante o metasomatismo, podem se saturar e precipitar diamante. O mineral, portanto, não é apenas uma pedra preciosa; é um registro da transferência de carbono pelo interior da Terra.

Diamantes alcançam a superfície principalmente em rochas vulcânicas raras, ricas em voláteis, chamadas kimberlitos, e em alguns contextos lamproítas. Esses magmas acessam fontes do manto sob regiões continentais antigas e sobem rapidamente por condutos verticais ou em forma de cenoura. A ascensão rápida é essencial: se o transporte fosse muito lento, os diamantes teriam maior probabilidade de se reabsorver, alterar ou perder sua integridade geológica antes de alcançar níveis mais rasos.

Nenhuma erupção de kimberlito foi testemunhada diretamente na história registrada, então os cientistas reconstróem seu comportamento a partir de condutos, brechas, texturas vulcânicas, experimentos e modelagem. O que está claro é que erupções portadoras de diamantes são incomuns, violentas e geologicamente rápidas.

Muitos diamantes são extraordinariamente antigos, frequentemente na faixa de 1–3,5 bilhões de anos. Suas idades geralmente são determinadas indiretamente pela datação das inclusões minerais usando sistemas como Rb–Sr, Sm–Nd ou Re–Os. Essas inclusões revelam episódios de crescimento do diamante ligados ao metasomatismo do manto, evolução do cráton e ciclo do carbono relacionado à subducção.

Inclusões também podem preservar minerais que são instáveis na superfície, a menos que protegidos dentro do diamante. Essa proteção faz do diamante uma cápsula científica, selando fragmentos do interior profundo da Terra em uma concha dura e transparente.

As variedades de diamante são moldadas por elementos traço, defeitos estruturais, deformação, exposição à radiação, ambiente de crescimento e agregação cristalina. Gemólogos usam o sistema de tipos de diamante para descrever o conteúdo de nitrogênio e boro, enquanto a graduação de cor distingue diamantes incolores a levemente coloridos dentro do intervalo normal de pedras de cor fantasia.

Os diamantes visualmente mais dramáticos frequentemente devem sua cor não apenas a impurezas simples, mas a defeitos precisos na estrutura. Diamantes azuis estão ligados ao boro; muitos diamantes amarelos ao nitrogênio; diamantes rosa e vermelhos à deformação plástica; diamantes verdes a centros de vacância relacionados à radiação.

Diamantes cultivados em laboratório têm a mesma química fundamental e estrutura cristalina que diamantes naturais: carbono arranjado na rede do diamante. A diferença é a origem. Diamantes naturais crescem no manto da Terra; diamantes cultivados em laboratório cristalizam em ambientes tecnológicos controlados.

Dois métodos principais de crescimento dominam. O crescimento HPHT usa alta pressão e alta temperatura para cristalizar diamante a partir do carbono sob condições que imitam aspectos da estabilidade do manto. O crescimento CVD deposita carbono átomo por átomo a partir de um gás portador de carbono, comumente usando plasma de metano e hidrogênio, sobre placas sementes de diamante.