金刚石刀具分为天然金刚石和人造金刚石刀具。天然金刚石具有自然界物质中*高的硬度和导热系数。但由于价格昂贵，加工、焊接都非常困难，除少数特殊用途外（如手表精密零件、光饰件和首饰雕刻等加工），很少作为切削工具应用在工业中。随着高技术和超精密加工日益发展，例如微型机械的微型零件，原子核反应堆及其它高技术领域的各种反射镜、导弹或火箭中的导航陀螺，计算机硬盘芯片、加速器电子枪等超精密零件的加工，单晶天然金刚石能满足上述要求。近年来开发了多种化学机理研磨金刚石刀具的方法和保护气氛钎焊金刚石技术，使天然金刚石刀具的制造过程变得比较简易，因此，在超精密镜面切削的高技术应用领域，天然金刚石起到了重要作用。
20世纪50年代利用高温高压技术人工合成金刚石粉以后，70年代制造出金刚石基的切削刀具即聚晶金刚石（PCD），PCD晶粒呈无序排列状态，不具方向性，因而硬度均匀。
它有很高的硬度（8000～12000HV）和导热性，低的热胀系数，高的弹性模量和较低的摩擦系数，刀刃非常锋利。它可加工各种有色金属和极耐磨的高性能非金属材料，如铝、铜、镁及其合金、硬质合金、纤维增塑材料、金属基复合材料、木材复合材料等。PCD刀具所含金刚石晶粒平均尺寸不同，对性能产生的影响也不同，晶粒尺寸越大，其耐磨性越高。在相近的刃口加工量下，晶粒尺寸越小，则刃口质量越好。例如，选用晶粒尺寸10～25μm的PCD刀具，可以500～1500m/min的高速粒尺寸8～9μm的PCD加工Si含量小于12%的铝合金：晶粒尺寸4～5μm的PCD加工塑料、木材等。而超精密加工，则应选用晶粒尺寸小的PCD刀具。通常PCD刀具是烧结成金刚石-硬质合金复合刀片焊接在刀体上使用。利用超高压装置，在5～6万个大气压，1400～1600℃的高温下，可人工合成形状整齐、杂质非常少的单晶金刚石，质量均匀稳定，结晶面非常清晰，识别容易。它具有所有物质中*高的导热率及与天然金刚石同等以上的强度。目前*大尺寸可达8mm。这种单晶金刚石的尺寸、形状和性能的良好一致性，在天然金刚石产品中是不可能实现的。它具有比PCD更好的耐磨性。PCD的耐磨性超过700℃时会减弱，因其结构中含有金属Co，它会促进“逆向反应”即由金刚石向石墨转变。但有较好的断裂韧性，可以进行断续切削。例如，可以2500m/min的高速端铣Si含量10%的铝合金。当前，人工合成单晶金刚石刀具材料的应用得到了迅速的发展，其新应用领域是木材加工业。对表面有氧化铝涂层的高耐磨层状木地板需求量越来越大。加工时，木板耐磨层会引起刃口钝化，导致氧化铝耐磨层碎裂，必须经常磨刀或更换刀片，而人工单晶金刚石性能显著优于PCD刀具。
目前正在研究和开发化学气相沉积CVD金刚石，沉积出的是交互生长极好的PCD，呈柱状结构且非常致密。随着生长条件的不同，CVD金刚石也呈现不同的晶粒尺寸和结构，它不需金属催化剂，因此它的热稳定性接近天然金刚石。根据不同的应用要求，可选择不同的CVD沉积工艺以合成出晶粒尺寸和表面形貌差别很大的PCD。作为刀具的CVD金刚石因其应用不同，要求有多种不同的晶粒尺寸。CVD金刚石制成两种形式：一种是在基体上沉积厚度小于30μm的薄层膜（CVD薄膜）：另一种是沉积厚度达1mm的无衬底的金刚石厚层膜（CVD厚膜）。目前CVD薄膜金刚石应用不多。
CVD厚膜可以通过特殊的但简易可行的技术钎焊在基体上，但要保证钎焊点的强度。它与PCD相比，热稳定性好但脆性较高，且不导电。不能用于放电加工（EDM）技术中。CVD厚膜金刚石在木材加工刀具和修整刀具中得到推广应用。由于CVD厚膜金刚石的高纯度和高的耐磨性和热稳定性，在高耐磨性材料的高速切削加工领域具有很大的潜力。目前可用于EDM切削的CVD厚膜金刚石刀具材料也已制造成功，还有待于继续试验和评价。CVD厚膜金刚石目前的成本较高，随着技术的发展，成本逐渐降低，它将是PCD有力的竞争对手。
三种主要金刚石刀具材料——PCD、CVD厚膜和人工合成单晶金刚石各自的性能特点为：PCD焊接性、机械磨削性和断裂韧性*高，抗磨损性和刃口质量居中，抗腐蚀性*差。CVD厚膜抗腐蚀性*好，机械磨削性、刃口质量和断裂韧性和抗磨损性居中，可焊接性差。人工合成单晶金刚石刃口质量，抗磨损性和抗腐蚀性*好，焊接性、机械磨削性和断裂韧性*差。
金刚石刀具是目前高速切削（2500～5000m/min）铝合金较理想的刀具材料，但由于碳对铁的亲和作用，特别是在高温下，金刚石能与铁发生化学反应，因此它不宜于切削铁及其合金工件
