金剛石刀具主要適合于加工非金屬材料、有色金屬及其合金。金剛石的熱穩定性比較差，切削溫度達到800℃時，就會失去其硬度。金剛石刀具不適合于加工鋼鐵類材料，因為，金剛石與鐵有很強的化學親和力，在高溫下鐵原子容易與碳原子相互作用使其轉化為石墨結構，刀具極容易損壞。
單晶金剛石刀具，在超精密車床上可實現鏡面加工。單晶金剛石刀具是目前超精密切削加工領域中最主要的刀具，其刃口可磨得非常鋒利，刃口鈍圓半徑可達20~30nm，加工工件表面粗糙度值極小，可達Ra0.01μm的鏡面水平，且刀具壽命很高，刃一次可以使用幾百個小時。目前，單晶金剛石刀具廣泛應用于加工計算機磁盤基片、錄像機磁鼓、激光反射鏡、各種天文望遠鏡、顯微鏡、光學儀器等。
聚晶金剛石(PCD)刀具主要用于加工耐有色金屬及其合金和非金屬材料，與硬質合金刀具相比，能在很長的切削過程中保持鋒利刃口和切削效率，使用壽命遠遠高于硬質合金刀具。PCD的應用領域較為廣泛，據統計，車削占37.6%、鏜削占27.1%、面銑占20%、鉸削占14.1%、鉆削占1.2%。目前，PCD刀具已經廣泛應用于汽車、摩托車、航空航天工業、國防工業中一些難加工的有色金屬及其合金零部件的高速精密加工。據統計，在PCD刀具的使用領域中，汽車、摩托車占53%，飛機占10%，木材及塑料加工占26%，其他占11%。
聚晶金剛石面銑刀、鏜刀、車刀、鉸刀、復合孔加工等數控刀具等正大量應用于高強度、高硬度硅鋁合金零部件自動生產線上，如用于加工汽車和摩托車發動機鋁合金活塞的裙部、銷孔、汽缸體、變速箱、化油器等。由于這些零件材料含硅量較高(質量分數達12%)，并且大多數采用流水線方式大批量生產，對刀具壽命要求較高，硬質合金刀具難以勝任，而PCD刀具壽命遠高于硬質合金刀具，是硬質合金刀具壽命的幾十甚至幾百倍，且粒度大的PCD刀具有更優良的耐性，可保證零件的尺寸穩定性，并可大大提高切削速度、加工效率和工件的加工質量。在加工硅含量較高的鋁合金時，除PCD刀具外，其他所有的刀具都在很短的時間內產生嚴重的磨損而不能繼續切削。
此外，PCD刀具還非常適合對難加工非金屬材料(如木材、人造板材、強化復合地板、碳纖維增強塑料、石墨、陶瓷、石材等)進行加工。
PCD刀具從結構上主要可分為焊接式PCD刀具和可轉位式PCD刀片。PCD刀片可分為整體聚晶金剛石刀片和聚晶金剛石復合刀片。目前，大多數使用的PCD刀片都是與硬質合金基體燒結而成的復合刀片，以提高PCD刀片的韌性和便于焊接。即在硬質合金的基體上燒結一層約0.7mm厚的PCD，這種刀片的抗彎強度和硬質合金基本一致，硬度接近整體 PCD，且可焊性好，重磨容易，成本低。
近年來焊接式PCD刀具中發展較快的品種是帶標準刀柄的PCD刀具，如帶柄PCD銑刀、PCD鏜刀、PCD鉸刀等，刀柄型式主要為圓柱柄、錐柄和HSK柄。可轉位式PCD刀片是在硬質合金可轉位刀片上鑲裝一塊PCD刀坯再經刃磨而成的，可裝夾在各種數控機床的刀桿、刀夾或刀盤上，用于高可靠性的大批量加工。隨著數控機床、加工中心及自動生產線的日益普及，可轉位式PCD刀片的使用越來越多，其刀具壽命較硬質合金刀具可提高幾十倍。
CVD金剛石不含任何金屬或非金屬添加劑，力學性能兼具單晶金剛石和PCD的優點，又在一定程度上克服了它們的不足。大量實踐表明，焊接型CVD金剛石刀具的使用壽命超過PCD刀具，其抗沖擊性優于單晶金剛石。因此，CVD金剛石被認為是非鐵類材料加工工業中理想的工具材料，如鋁、硅鋁合金、銅、銅合金、石墨以及各種增強玻璃纖維和碳纖維結構材料的加工等。CVD金剛石薄膜涂層數控刀具(以整體硬質合金刀具為主)多應用于銑削、車削、鉆削、鉸削及锪削加工高強度鋁合金、纖維加強金屬層板、碳纖維熱塑性復合材料、鎂合金、石墨、陶瓷等零部件，滿足高速、高壽命、干式機加工技術要求。
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