碳60具有60个顶点和32个面，其中12个面是正五边形，20个面正六边形（见图），简称为C₆₀。C₆₀也是第一种被发现的富勒烯。

碳60的空间结构图

1985年，英国化学家H.W.克罗托和美国科学家R.E.斯莫利等人在氦气流中以激光汽化蒸发石墨实验中首次制得由60个碳组成的碳原子簇结构分子C₆₀，并推测这个团簇是球状结构。R.F.柯尔、克罗托和斯莫利因富勒烯的发现于1996年获诺贝尔化学奖。

随着C₆₀的发现，许多C的同素异形体如C₂₀、C₇₀、C₇₆、C₈₂、C₈₄等及其相关的化合物也相继被成功合成，富勒烯的家族成员不断扩大。

C₆₀是一种碳原子簇，60个碳原子在空间排列成化学键最稳定的空间结构。C₆₀分子共有30个双键，在两个六边形共用边处，其键长为0.140纳米；60个单键在六边形和五边形共用边处，其键长为0.146纳米。C₆₀分子骨架直径为0.709纳米。由于碳原子的电子云厚度为0.335纳米，则C₆₀分子直径为1.034纳米，其空腔为0.374纳米，体积为1.87×10⁻²²厘米³。碳原子的键能为7.40电子伏，电子亲和能为2.65±0.05电子伏。在室温C₆₀分子结合的晶体为立方面心结构，晶格常数纳米，在249开时晶体结构转变为简单立方结构。处于顶点的碳原子与相邻顶点的碳原子各用近似于sp²杂化轨道重叠形成σ键，每个碳原子用剩下的一个p轨道采用sp^0.02杂化方式形成一个含60个π电子的垂直于球面的闭壳层电子结构，因此在近似球形的笼内和笼外都围绕着π电子云。C₆₀分子在¹³C核磁共振谱中只显示一条谱线，说明C₆₀分子中的60个碳原子是完全等价的。这使得C₆₀分子成为最对称的分子。

C₆₀分子最显著的性质是其高度的对称性I_h，即分子可能具有的最高对称性。它一共有120个诸如旋转轴和对称面的对称操作。理论计算和实验证明，C₆₀分子有14个可分辨的振动频率，其中4个为红外活性，10个拉曼活性。拉曼活性又可分辨出8个来源于H_g对称性的五次简并偶态模式和两个来自A_g对称性的非简并偶态模式。其余模式为寂静模式。

C₆₀分子凝聚后会通过分子间作用力形成一种黑色C₆₀固体。室温条件下，由于剧烈的热运动，C₆₀固体晶格中的C₆₀分子会绕着固定点作高速旋转。低温时，C₆₀分子处于转动有序状态。1992年发现K₃C₆₀具有超导电性，超导转变温度为18开。现已合成出各种掺杂碱金属C₆₀超导体，其中Cs₃C₆₀的为40开。碱金属掺杂C₆₀是一类新的三维有机超导体。同时，C₆₀还具有其他的许多优异物理性质，如强磁性、耐高压等。

C₆₀所具有的奇特物理和化学性质使其具有诸多潜在的应用价值。在光学应用方面，C₆₀分子具有三维高度非定域电子共轭结构，因此具有良好的三阶非线性光学性质，是制造光阈值器件和光折变器件的良好材料。在电学方面，C₆₀高分子复合材料中，C₆₀与高分子之间存在光诱导的电子迁移现象使其在光电导、光电二极管以及光电压装置的应用方面具有优势；还可用于构建下一代的单电子晶体管。掺入碱金属的C₆₀具有良好的超导电性更促进了C₆₀在其他电学器件方面的应用。在工程方面，_C60独特的分子结构是其可以用作比金属和合金更为新型有效的吸氢材料，常温下稳定且回收率高；同时还可作为催化剂以及制造金刚石的原材料。此外，在固体润滑、传感、气体分离等应用方面，C₆₀也具有不可估量的价值。