一般に、黒鉛の多く粘土の少ない芯は、軟らかく濃い。黒鉛の少なく粘土の多い芯は、硬く薄い。硬いものは芯が細く、軟らかいものは太い。色の濃さは気温の影響を受け、同じ硬度でも夏期には濃く、冬期には薄くなる。
硬度表記を考案したのは18世紀末のニコラ・ジャック・コンテである。当初、コンテは、芯の硬さに番号をつけ、一番硬いものを1とし、軟らかくなるにつれて番号を増やして表したが、この方式は普及しなかった。
HとBの記号を最初に使った鉛筆製造業者は、19世紀初めのブルックマン（Brookman）である。Bより濃いもの、Hより薄いものは、当初BBやHHと表したり、2Bや2Hと表した。HBはのちにHとBの中間として使われはじめた。Fはさらにその後にHBとHの間を表す記号として考案された。1830年代末までには、BBからHHHまでのHBとFを含む7種類の鉛筆を作る業者が出現した。濃さの表記は当初はさまざまな表記があり混乱したが、現在はほぼこの形に落ち着いている。なお、HはHard、BはBlack、FはFirm（しっかりした）を意味している。
Bは柔らかいため紙の目が出やすく、芯が減りやすく、黒の発色が強い。消しゴム、ねりけし等で消えやすいため、デッサンでは描き始めに3B～4Bを用いることが多い。また、軽い力でも濃い線を引けるため、児童の書き方鉛筆にはB～4Bがよく用いられる。
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Hは硬いため紙の目がつぶれやすく、芯が減りにくく、黒の発色は弱い。消えたりにじんだりしにくいため、製図には一般的に2H以上の硬い鉛筆が用いられる。デッサンでは主に紙の目を出したくないときなどに用いられる。
一般事務ではHB～2Bが好まれる。
また、マークシートを読み取るOCR装置やOMR装置は赤外線の反射率を識別に用いているため、赤外線を良く吸収する炭素を他の筆記具よりも多く含むこと、その炭素含有量を硬度で指定できることなどから、マークシート記入には鉛筆が適しており、マークシートへの記入筆記具として硬度と共に鉛筆が指定される。