金刚石刀具主要适合于加工非金属材料、有色金属及其合金。金刚石的热稳定性比较差，切削温度达到800℃时，就会失去其硬度。金刚石刀具不适合于加工钢铁类材料，因为，金刚石与铁有很强的化学亲和力，在高温下铁原子容易与碳原子相互作用使其转化为石墨结构，刀具极容易损坏。
单晶金刚石刀具，在超精密车床上可实现镜面加工。单晶金刚石刀具是目前超精密切削加工领域中最主要的刀具，其刃口可磨得非常锋利，刃口钝圆半径可达20~30nm，加工工件表面粗糙度值极小，可达Ra0.01μm的镜面水平，且刀具寿命很高，刃一次可以使用几百个小时。目前，单晶金刚石刀具广泛应用于加工计算机磁盘基片、录像机磁鼓、激光反射镜、各种天文望远镜、显微镜、光学仪器等。
聚晶金刚石(PCD)刀具主要用于加工耐有色金属及其合金和非金属材料，与硬质合金刀具相比，能在很长的切削过程中保持锋利刃口和切削效率，使用寿命远远高于硬质合金刀具。PCD的应用领域较为广泛，据统计，车削占37.6%、镗削占27.1%、面铣占20%、铰削占14.1%、钻削占1.2%。目前，PCD刀具已经广泛应用于汽车、摩托车、航空航天工业、国防工业中一些难加工的有色金属及其合金零部件的高速精密加工。据统计，在PCD刀具的使用领域中，汽车、摩托车占53%，飞机占10%，木材及塑料加工占26%，其他占11%。
聚晶金刚石面铣刀、镗刀、车刀、铰刀、复合孔加工等数控刀具等正大量应用于高强度、高硬度硅铝合金零部件自动生产线上，如用于加工汽车和摩托车发动机铝合金活塞的裙部、销孔、汽缸体、变速箱、化油器等。由于这些零件材料含硅量较高(质量分数达12%)，并且大多数采用流水线方式大批量生产，对刀具寿命要求较高，硬质合金刀具难以胜任，而PCD刀具寿命远高于硬质合金刀具，是硬质合金刀具寿命的几十甚至几百倍，且粒度大的PCD刀具有更优良的耐性，可保证零件的尺寸稳定性，并可大大提高切削速度、加工效率和工件的加工质量。在加工硅含量较高的铝合金时，除PCD刀具外，其他所有的刀具都在很短的时间内产生严重的磨损而不能继续切削。
此外，PCD刀具还非常适合对难加工非金属材料(如木材、人造板材、强化复合地板、碳纤维增强塑料、石墨、陶瓷、石材等)进行加工。
PCD刀具从结构上主要可分为焊接式PCD刀具和可转位式PCD刀片。PCD刀片可分为整体聚晶金刚石刀片和聚晶金刚石复合刀片。目前，大多数使用的PCD刀片都是与硬质合金基体烧结而成的复合刀片，以提高PCD刀片的韧性和便于焊接。即在硬质合金的基体上烧结一层约0.7mm厚的PCD，这种刀片的抗弯强度和硬质合金基本一致，硬度接近整体 PCD，且可焊性好，重磨容易，成本低。
近年来焊接式PCD刀具中发展较快的品种是带标准刀柄的PCD刀具，如带柄PCD铣刀、PCD镗刀、PCD铰刀等，刀柄型式主要为圆柱柄、锥柄和HSK柄。可转位式PCD刀片是在硬质合金可转位刀片上镶装一块PCD刀坯再经刃磨而成的，可装夹在各种数控机床的刀杆、刀夹或刀盘上，用于高可靠性的大批量加工。随着数控机床、加工中心及自动生产线的日益普及，可转位式PCD刀片的使用越来越多，其刀具寿命较硬质合金刀具可提高几十倍。
CVD金刚石不含任何金属或非金属添加剂，力学性能兼具单晶金刚石和PCD的优点，又在一定程度上克服了它们的不足。大量实践表明，焊接型CVD金刚石刀具的使用寿命超过PCD刀具，其抗冲击性优于单晶金刚石。因此，CVD金刚石被认为是非铁类材料加工工业中理想的工具材料，如铝、硅铝合金、铜、铜合金、石墨以及各种增强玻璃纤维和碳纤维结构材料的加工等。CVD金刚石薄膜涂层数控刀具(以整体硬质合金刀具为主)多应用于铣削、车削、钻削、铰削及锪削加工高强度铝合金、纤维加强金属层板、碳纤维热塑性复合材料、镁合金、石墨、陶瓷等零部件，满足高速、高寿命、干式机加工技术要求。
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