Большинство природных алмазов кристаллизуются в мантии Земли, где углеродсодержащие флюиды или расплавы встречают подходящее сочетание давления, температуры и химических условий с низким содержанием кислорода. В холодных, толстых корнях древних континентов углерод может войти в поле стабильности алмаза и упорядочиться в жёсткую кубическую решётку, которая придаёт алмазу его уникальные свойства.

Большинство драгоценных алмазов — литосферные алмазы, образующиеся примерно на глубине 150–250 км под поверхностью в коренных мантиях кратонов. Меньшая, но научно важная группа, известная как суперглубокие алмазы, формируется гораздо глубже, в переходной зоне и нижней мантии. Эти камни — редкие посланцы из областей, которые человек не может напрямую исследовать.

Рост алмазов может происходить в перидотитовых или эклогитовых условиях. Углеродсодержащие флюиды, введённые субдукцией, или карбонатные расплавы, проходящие через мантийные породы во время метасоматизма, могут насыщаться и осаждать алмаз. Таким образом, минерал является не только драгоценным камнем, но и записью переноса углерода через внутренние слои Земли.

Алмазы достигают поверхности в основном в редких вулканических породах, богатых летучими веществами, называемых кимберлитами, а в некоторых условиях — лампроитами. Эти магмы берут начало в мантии под древними континентальными регионами и быстро поднимаются по вертикальным или морковидным трубкам. Быстрый подъём необходим: если транспорт будет слишком медленным, алмазы скорее всего растворятся, изменятся или потеряют свою геологическую целостность до достижения более мелких уровней.

Ни одного извержения кимберлита не наблюдали непосредственно в записанной истории, поэтому учёные восстанавливают их поведение по трубкам, брекчиям, вулканическим текстурам, экспериментам и моделированию. Очевидно, что извержения с алмазами необычны, насильственны и геологически быстры.

Многие алмазы чрезвычайно древние, часто в диапазоне 1–3,5 миллиарда лет. Их возраст обычно определяется косвенно по датировке минеральных включений с использованием систем Rb–Sr, Sm–Nd или Re–Os. Эти включения раскрывают эпизоды роста алмазов, связанные с метасоматизмом мантии, эволюцией кратона и углеродным циклом, связанным с субдукцией.

Включения также могут сохранять минералы, нестабильные на поверхности, если они защищены внутри алмаза. Эта защита превращает алмаз в научную капсулу, запечатывающую фрагменты глубин Земли в твёрдую прозрачную оболочку.

Виды алмазов формируются следовыми элементами, структурными дефектами, деформацией, воздействием радиации, условиями роста и агрегацией кристаллов. Геммологи используют систему типов алмазов для описания содержания азота и бора, а градация цвета отличает обычные бесцветные и светлые алмазы от камней с необычным цветом.

Самые визуально эффектные алмазы часто обязаны своим цветом не простым примесям, а точным дефектам в решётке. Синие алмазы связаны с бором; многие жёлтые — с азотом; розовые и красные — с пластической деформацией; зелёные — с радиационно связанными вакансиями.

Лабораторно выращенные алмазы имеют ту же фундаментальную химию и кристаллическую структуру, что и природные: углерод, расположенный в алмазной решётке. Разница в происхождении. Природные алмазы растут в мантии Земли; лабораторные кристаллизуются в контролируемых технологических условиях.

Доминируют два основных метода роста. HPHT рост использует высокое давление и высокую температуру для кристаллизации алмаза из углерода в условиях, имитирующих аспекты стабильности мантии. CVD рост осаждает углерод атом за атомом из углеродсодержащего газа, обычно используя плазму метана и водорода, на алмазные заготовки.