A formação do diamante requer condições de alta temperatura e alta pressão. São necessários cerca de 2.500 graus Fahrenheit e 825.000 libras por polegada quadrada de pressão para formar um diamante bruto. Estas condições extremas são encontradas naturalmente a cerca de 160 quilómetros abaixo da superfície da Terra. A formação de diamantes ocorre a profundidades superiores a cerca de 150 km, com a possibilidade de formação ainda existente até cerca de 1500 km.
Os diamantes estão normalmente associados à rocha kimberlito, onde se cristalizam quando o kimberlito está em forma de magma. Os diamantes são depois transportados quando o kimberlito é empurrado para cima pela pressão excessiva exercida pelo CO2. Depois de serem ejectados perto da superfície da Terra, os diamantes podem permanecer na erupção do kimberlito ou ser distribuídos em depósitos aluviais perto de rios e do mar através de processos naturais de erosão.
Os diamantes sintéticos também podem ser criados utilizando técnicas de fabrico de alta pressão e alta temperatura (HPHT). São três os processos básicos utilizados: a prensa de correia, a prensa cúbica e a prensa de esfera dividida (BARS). Cada processo tem como objetivo criar um ambiente de pressão e temperatura extremamente elevadas onde pode ocorrer o crescimento do diamante. Uma pequena semente de diamante é colocada no carbono e sujeita a estas condições para facilitar o crescimento do diamante.
A prensa de correia, por exemplo, utiliza bigornas superiores e inferiores para gerar uma pressão superior a 1,5 milhões de libras por polegada quadrada e uma temperatura superior a 2.000 graus Celsius. Neste ambiente, o carbono puro derrete e começa a formar um diamante em torno da semente inicial. No entanto, deve notar-se que a maioria dos diamantes artificiais produzidos atualmente não são de qualidade de gema e são utilizados principalmente para aplicações industriais.
Também foram feitos esforços para sintetizar diamantes a temperaturas e pressões mais baixas. Em 1953, o crescimento do diamante foi conseguido na superfície de um cristal de semente de diamante natural a uma temperatura de cerca de 900 graus Celsius, utilizando a decomposição térmica de gases contendo carbono. Esta técnica precedeu o método de alta pressão e alta temperatura (HPHT) desenvolvido pela GE em 1955.
Em condições de laboratório, os diamantes podem ser sintetizados usando várias fontes de carbono, variando de estruturas zero-dimensionais (0-D) a tridimensionais (3-D). A escolha da fonte de carbono determina o método de síntese utilizado, que pode variar desde a síntese a alta pressão até à deposição química de vapor (CVD). É importante notar que as propriedades dos diamantes sintetizados em laboratório são quase idênticas às dos diamantes monocristalinos que ocorrem naturalmente.
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