铅笔芯是用石墨等材料制成的，非常软。纸面看起来光滑，实际上却凹凸不平。当我们用铅笔写字时，石墨与纸张摩擦，细小的石墨粉末就会从笔芯上脱落，渗进我们肉眼看不见的纸的空隙里，从而在纸上留下印迹，所以铅笔能写出字来。
铅笔实际上是有石墨组成的。铅是写不出来字的，人们现在得知，其实早在哥伦布之前，阿兹台克人就用石墨在石板或石头上作各种礼仪记号了。
石墨是书写的理想材料。它不仅易于在纸上画出深色的印迹，而且将其削尖用来做比较精密的工作时，也不易折断。它毋需任何加工，只要将其削得大小宜于人们握在手中即可。
石墨铅芯原料和辅助材料原料有石墨和粘土。石墨为着色剂，利用其滑腻性和可塑性，制成铅芯能划出黑色痕迹，牢固粘附在纸面上，并能用橡皮擦掉。应选用含碳量高、颗粒细的石墨。粘土为粘结剂，利用其可塑性和粘结性，将石墨颗粒粘结起来。要求可塑性好，含铁量低，烧结范围宽的粘土。
辅助材料包括成型材料和改变铅芯性能材料。成型材料用于提高可塑性和粘结力，改善铅芯成型性能。常用的有饴糖、黄耆树胶等。改变铅芯性能材料用于铅芯烧结后油浸处理，借以改善铅芯物理性能（如磨耗、浓度、芯尖受力、滑度、硬度等）。
常用的有石蜡、牛羊油、凡士林等，通常两种或两种以上搭配使用。
颜色铅芯原料有色料、体质原料、胶粘剂、油脂和蜡。
色料（包括颜料和染料）起着色作用，要求着色力好，遮盖力高、质软、细度高，耐热性好，无毒等。
常用的有钛白粉、炭黑、酞青蓝等。体质原料起粘结、骨架和调节硬度作用。
