Liên kết giữa các nguyên tử trong tinh thể nguyên tử là liên kết cộng hoá trị, rất mạnh. Vì vậy, tinh thể nguyên tử đều là các tinh thể bền, rất cứng, nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi cao. Kim cương có độ cứng lớn nhất so với các loại tinh thể đã biết.