Hiilellä on useita esiintymismuotoja. Näitä ova esim. timantti, grafeeni, grafiitti, fullereeni ja nanoputket.
Timantti on kovinta luonnossa esiintyvää ainetta. Jokaista hiiliatomia ympäröi nejlä hiiliatomia. Kovuus johtuu sen kolmiulotteisesta rakentesta. Timanttia käytetään esim. kaivokissa porien terinä. Timantti taittaa valoa, joten sitä käytetään myös koruissa.
Grafeeni on vuonna 2004 löydetty hiilenmuoto. Grafeenissa jokaiseen hiiliatomiin kiinnittyy tiukasti kolme hiiliatomia. Tällä hetkellä se on maailman kestävin aine. Se johtaa lämpöä ja valo kulkee grafeenin läpi. Grafeeni koostuu vain yhden atomin paksuisesta hiiliatomiverkosta. Grafeenista on muodostunut putkia, joita kutsutaan nimellä Nanoputket, niillä on luja rakenne. Grafeenit muodostavat myös pallomaisia rakenteita, joita kutsutaan Fullereeneiksi. 
Grafiitti on pehmeämpi hiilen muoto. Grafiittia löytyy esim. lyijykynän lyijyssä. Se koostuu useasta grafeenikerroksesta. Noki ja puuhiili on pieni kiteistä grafiittia.
 Grafeeni, fullereeni ja nanoputki johtavat hyvin sähköä lähes ilman vastusta erittäin alhaisissa lämpötiloissa. Tulevaisuudessa niiden avulla voi rakentaa tehokkaita tietokoneita.