Kim cương có giá trị cao do độ cứng của chúng. Chúng có thể tồn tại hàng thế kỷ và không bị xước bất chấp mài mòn ngày này qua ngày khác. Để làm lưỡi dao hoặc mũi khoan, chúng có thể xuyên qua gần như bất cứ thứ gì mà không bị phá hủy. Ở dạng bột, kim cương giúp đánh bóng đá quý, kim loại và nhiều vật liệu khác.
Theo Richard Kaner, nhà hóa học vật liệu ở Đại học Richard Kaner, kim cương vẫn là vật liệu cứng nhất trong đa số mục đích thực tế. Có nhiều cách tạo ra loại kim cương cứng hơn so với kim cương tiêu chuẩn và về lý thuyết các vật liệu khác có thể cứng hơn kim cương, nhưng chúng không tồn tại ở dạng có thể cầm nắm trong tay hoặc sử dụng rộng rãi.
Thang độ cứng Mohs là một cách để xác định những khoáng chất thực địa dựa trên việc chúng có thể gây xước hay không. Kim cương nằm ở độ 10, cấp cao nhất trong thang độ cứng Mohs, có nghĩa nó có thể làm xước gần như bất kỳ thứ gì.
Kim cương cấu tạo từ nguyên tử carbon sắp xếp theo mạng lập phương, nối với nhau bằng những liên kết hóa học mạnh và ngắn. Cấu trúc này mang đến cho nó độ cứng chống lõm đặc trưng. Phần lớn vật liệu cứng hơn kim cương đều là kết quả từ thay đổi nhỏ so với cấu trúc tinh thể của kim cương thông thường, hoặc thay đổi một số nguyên tử carbon bằng boron hay nitrogen.
Một đối thủ cạnh tranh danh hiệu vật liệu cứng hơn kim cương là lonsdaleite
Tương tự kim cương, lonsdaleite cấu tạo từ nguyên tử carbon, nhưng chúng sắp xếp theo cấu trúc tinh thể hình lục giác thay vì lập phương.
Mãi tới gần đây, lonsdaleite mới được tìm thấy với lượng cực nhỏ, chủ yếu bên trong thiên thạch, và giới nghiên cứu chưa rõ liệu có thể xếp riêng nó như một vật liệu không hay nó chỉ là một khiếm khuyết của cấu trúc tinh thể kim cương tiêu chuẩn.
Việc điều chỉnh cấu trúc cỡ nano của kim cương cũng có thể tạo ra vật liệu cứng hơn kim cương thông thường. Một vật liệu cấu tạo từ nhiều tinh thể kim cương li ti sẽ cứng hơn kim cương dùng làm đá quý bởi hạt cỡ nano bị cố định thay vì trượt qua nhau. Kim cương “cặp đôi nano”, trong đó các hạt tạo thành dạng ảnh phản chiếu của nhau, có độ cứng chống lõm gấp đôi kim cương thông thường.
Tuy nhiên, đa số nhà khoa học không theo đuổi vật liệu siêu cứng chỉ để lập kỷ lục, thay vào đó họ tìm cách tạo ra thứ gì đó hữu ích. Họ có thể muốn tạo ra thứ gì đó gần như cứng ngang kim cương nhưng rẻ hoặc dễ tạo ra hơn trong phòng thí nghiệm.
Ví dụ, phòng thí nghiệm của Kaner tạo ra nhiều kim loại siêu cứng có thể dùng trong ứng dụng công nghiệp thay kim cương. Một sản phẩm thương mại có sẵn kết hợp giữa tungsten và boron, cùng lượng rất nhỏ kim loại khác.
Hình dạng của tinh thể mang đến cho vật liệu đặc điểm khác nhau theo nhiều hướng khác nhau. Khi sắp theo hướng phù hợp, nó có thể làm xước kim cương, theo Kaner. Vật liệu này cũng có chi phí chế tạo phải chăng do không đòi hỏi điều kiện áp suất cao như để sản xuất kim cương trong phòng thí nghiệm.
