Anglis dėl savo unikalių cheminio surišimo savybių turi stabiliausius visų elementų alotropus. Kai kurie anglies alotropai, tokie kaip grafitas ir deimantas, atsiranda natūraliai; kiti, pavyzdžiui, nanovamzdeliai, turi būti gaminami laboratorijoje. Anglies gausa ir universalumas daro ją viena iš labiausiai ištirtų medžiagų nanotechnologijų tyrimuose, o jos alotropai pasižymi daugybe naudingų savybių, tokių kaip didelis atsparumas tempimui ir aukšta lydymosi temperatūra.
Amorfinė anglis ir grafitas yra du labiausiai paplitę alotropai, jie sudaro daugumą natūralių anglies junginių, tokių kaip anglis ir suodžiai. Amorfinė anglis neturi ypatingos kristalinės struktūros, kaip ir dauguma stiklų. Anglies atomai grafite išsidėstę sluoksniais; kiekvienas sluoksnis turi tvirtus surišimus, laikančius jį kartu, tačiau sluoksniai nesusilieja stipriai ir gali būti lengvai nuvalomi vienas nuo kito. Grynas pirolitinis grafitas, kai visi sluoksniai išsidėstę toje pačioje plokštumoje, yra itin stipri, karščiui atspari medžiaga, naudojama didelio įtempimo, aukštos temperatūros aplinkoje. Grafitas praleidžia elektrą ir gali būti naudojamas kaip branduolinių reaktorių moderatorius.
Deimantas, kitas natūralus anglies alotropas, turi standžią, tarpusavyje besijungiančią kristalų struktūrą. Deimantas yra viena iš kiečiausių žinomų medžiagų, pramonėje naudojama medžiagoms šlifuoti ir pjaustyti. Deimantų skaidrumas ir ilgaamžiškumas daro jį labai vertinamą kaip brangakmenį, o juvelyrinių dirbinių verslas deimantų gavybą pavertė kelių milijardų dolerių pramone. Deimantas gali būti gaminamas sintetiniu būdu iš kitų alotropų, tačiau jam susidaryti reikia itin aukštos temperatūros ir slėgio.
Kiti, egzotiškesni alotropai, yra sparneliai, nanovamzdeliai ir anglies nanoputos. Jie natūraliai atsiranda suodžiuose ir buvo aptikti bent viename planetiniame ūke, nors gali būti sukurti ir sintetiniu būdu. „Buckyballs“ yra uždari, rutulio formos anglies atomų tinklai, kurie sudaro susiliejančius penkiakampius ir šešiakampius. Anglies nanovamzdeliai turi tokią pat struktūrą kaip grafitas, tačiau vietoj sluoksnių krūvos nanovamzdelis apsigaubia ir susijungia su savimi, sudarydamas ilgą cilindrą. Anglies nanovamzdeliai turi labai didelį atsparumą tempimui, todėl jie yra patrauklūs kaip naujos statybinės medžiagos, nors suspaudžiami jie nėra beveik tokie pat stiprūs.