對石墨中各個元素的濃度及分佈狀態的探查有助於瞭解石墨生長的不同模式及相應的生長機制。
經過球化處理的鑄鐵中出現接近球形外廓的球狀石墨。運用電子掃描顯微鏡、深腐蝕、熱氧腐蝕、離子侵蝕等技術手段，研究觀察了球狀石墨的三維形貌及其內部結構。可以觀察到球體表面並不平整，有很多凸起物和深邃的溝槽孔洞，也可以看到近似六邊形的晶體生長螺線。球體剖面具有年輪狀特徵。大多數石墨中間可以觀察到核心物質的存在。石墨晶體由核心向外沿晶格方向輻射生長，形成許多類似錐形的晶體。這些晶體構成的球狀石墨中的晶格基面大體上與輻射生長的方向相垂直。
過去曾經有一種說法，認為球狀石墨具有特定結構的晶核，此種晶核提供的生長臺階可以導致石墨晶體較均勻地以三維輻射狀生長，形成球狀石墨。人們也提出過一些相關機制，但是後來發現球狀石墨核心物質的成分和結構是多種多樣的，並沒有找到特定的核心結構足以使石墨成球狀。已經查明的物質大多數是氧化物和硫化物，也存在這些化合物的複合物。如鎂、鈰、稀土元素等各自的硫化物，矽的氧化物以及各種氧化物的複合物。有的複合物中還含有氮、鋁、碲等元素。有研究人員使用電子探針探查形核基質物質結構，發現它們是雙層結構的。內層以鈣、鎂等的硫化物為主體，尺寸約為整個形核基質物質的1/10，外層呈脊柱狀，主體為鎂、鋁、矽、鈦等的氧化物，兩層物質之間存在有一定的結晶方位關係。
另外的研究人員使用透射電子顯微鏡觀察熱腐蝕試樣，看到球狀石墨心部存在細小的片狀石墨，並與偏振光觀察結果做了比較，發現每個球狀石墨的心部都存在一個線狀或分枝狀的暗色物質。這種物質可以在2-3個相距4μm的連續剖面上看到，圍繞著核心物質的是三角形肋骨狀晶態物質。研究者指出，這種觀察到的黑色物質便是片狀石墨。接近中心的石墨晶體其（0001）晶面垂直於輻射生長方向，往外則逐漸變成與球體相切的切面。這種位於球狀石墨球體心部的片狀石墨是普遍存在的。球狀石墨的生長起始於這種細小而沒有特定形狀的片狀石墨。
根據對球狀石墨心部核心物質的探查結果，可以推斷鎂、鈰等的硫化物和矽的氧化物以及這些物質的複合物是構成球狀石墨形核基質的主要物質，這些物質的晶體結構與石墨的晶體結構有一定的晶格匹配關係，碳原子沉積在上面，進一步生長形成石墨結晶核心。需要進一步研究心部的細小片狀石墨石墨生長成為球狀的直接關係。
為了探討球狀石墨的生長過程，也曾採用輻射影象自動分析儀和電子探針對萃取自球墨鑄鐵的球狀石墨中各元素分佈情況進行了探查和分析。其結果如下：
1、球狀石墨的含鐵量約為片狀石墨的10倍。球狀石墨的鐵磁性遠高於片狀石墨。此外矽、錳、鈦等元素也不同程度地存在於球狀石墨中。
2、球化元素鈰和鎂富集在石墨晶格中。鎂在球體斷面上均勻分佈。鈰在球體中心的濃度顯著提高，可能與鈰的化合物存在有關。球體和金屬介面附近沒有發現球化元素濃度提高。由於球化元素在奧氏體中的溶解度很低，如果球化元素是由球體外部的金屬中轉移過來，必然導致這些元素在介面富集。因此，可以間接地判斷，球狀石墨是由液相中直接析出的。
3、硫、銻、鎘、錫、碲等干擾元素的分佈與球化元素類似，大部分集中在球狀石墨當中。值得注意的是，在片狀石墨中可以探查到這些元素部分以原子狀態存在，而在球狀石墨中則探查不到這種現象。
