合成钻石, 实质上就是人为地建立一定条件, 使非钻石结构碳转变成钻石结构碳。在这种相变过程中, 压力、温度及其他有关因素等是变化的条件, 碳原子及其集团的运动和相互作用等是变化的根据。压力、温度及其他有关因素等外因是通过碳原子及其集团的运动和相互作用等内因而起作用的。

碳的同质异像变体
　　碳是人类最早发现和利用的元素, 碳有着种类繁多和数量庞大的化合物, 但是只有钻石和石墨是由纯碳组成的晶体。它们在晶体结构上有很大的差异, 故被称为碳的同质异像变体。
　　钻石和石墨在晶体结构、形态和物理性质上的差异主要由它们成键的形式不同所造成的。

合成钻石的形成机制
　　合成钻石的形成过程, 既遵守一般相变(使非钻石结构碳转变成钻石结构碳) 的成核和生长的共性规律, 又具有特殊相变的成核和生长的个性规律。

直接法合成钻石的形成机制
　　直接法合成钻石是利用瞬时静态超高压高温技术和动态冲击波技术及静态、动态混合超高压高温技术, 使石墨等碳质原料直接转变成钻石。

触媒法合成钻石的形成机制
　　触媒法合成钻石是利用比直接法低的压力, 如低于120×108 Pa 的静态超高压高温技术(一般用60×108 Pa 左右) , 通过石墨等碳质原料同某些金属或合金的反应生长钻石。显然所用的金属和合金能降低石墨等碳质原料生成钻石所需的压力和温度, 并增加这种相变的速率。

早在18 世纪后期就已经证实了钻石和石墨都是由碳组成, 后来就开始了合成钻石的探索工作。1855 年苏格兰化学家汉纳( Hanney ) 采用将碳溶于熔剂中并使之晶出钻石的方法来制造钻石。他用石蜡精和炭黑或煤烟作为碳的来源, 将这种混合物置于一个长约50 cm、直径10 cm、内径约12 mm 的坚固金属管中, 将管子的两端焊封, 然后把管子置于炉中长时间加热。

在高压下, 有机物分解产生碳和氢。冷却后用酸溶去金属管, 找出可能生成的钻石。在80 次试验中, 他认为有3 次可能是成功的。但是后人证实他并未能成功地合成出钻石。

莫伊桑( Henri Mois san) 是一位法国的药剂师, 他采用铁做熔剂, 将碳溶解的方法, 使之晶出钻石。具体操作步骤是: 将一个长2 cm、直径1 cm 的圆铁柱置于碳坩埚中, 铁柱周围放上糖粒状木炭, 将坩埚放在电炉上加热

然后再将热坩埚投入冷水中;利用熔融铁固结时, 因外部收缩而产生的内部高压使碳结晶成钻石; 然后用酸将固结的铁溶解, 取出里面的钻石。利用这种方法得到的“纯碳” 组成的小晶体( 0. 1 mm) , 当时并未被确认为钻石。后人多次重复他的试验, 都未能成功。

帕森斯是第一个利用可控压力来合成钻石的人。他希望将炽热的木炭置于受控的压力( 16×108 Pa )下能合成出钻石来, 其结果失败了。可是, 他对合成钻石的贡献是巨大的,因为他为合成钻石引进的先进技术, 受控的压力和温度已接近了合成出钻石的条件。

汉纳、莫伊桑和帕森斯等早期试图合成钻石的工作者, 皆因缺乏关于碳不同相之间热力学关系的知识和静态超高压、高温技术而失败。实际上合成钻石是在20 世纪50～60 年代, 在静态超高压、高温技术有所进展的基础上合成成功的。

1953 年, 瑞士工程公司( ASEA) 使用压力球装置, 生产出40 颗钻石小晶体, 但未正式对外宣布。
　　1955 年, 美国通用电气公司( GE ) 宣布成功地合成了钻石。采用的是静压熔( 溶) 媒法( 简称GE 法) 。
　　1959 年, 南非戴比尔斯公司(De Bee rs) 发展了非常类似于美国通用电气公司的合成钻石的技术———外延生长技术, 并于1961 年开始合成钻石的商业性生产。

1970 年, 美国通用电气公司宣布合成了克拉级(大于5 mm) 的宝石级钻石。采用的也是GE 法。
　　1985 年, 日本住友电气工业公司( Sumitomo Electric Indu st ries ) 合成了黄色宝石级钻石。
　　1987 年, 南非戴比尔斯合成出了11. 14 ct 的宝石级钻石; 1990 年又成功地合成出了质量很好的钻石单晶, 重14. 2 ct (是迄今最大的)。

1990 年, 俄罗斯宣布了利用“ 分裂球( split - sphe re ) 法” 或称BARS 法生长合成钻石的工作成果。同年, 美国通用电气公司也宣布合成出了具有特殊物理性能的宝石级钻石。这预示着钻石合成技术的新发展。
　　1997 年6 月, 在美国拉斯维加斯珠宝展销会上, 汤姆·查塔姆( Thom Cha tham)公司推出了该公司与俄罗斯合作生产的100 颗合成钻坯。