筆芯是鉛筆內部那根會在紙上留下痕跡的細長桿。儘管名稱裡有「鉛」字，它其實不含金屬鉛，而是由石墨（一種碳的形態）混合黏合劑製成，黏合劑能讓桿身保持成形。本站顯示的是一支自動鉛筆的筆芯，寬0.7公釐，是標準尺寸之一。

大小

自動鉛筆的筆芯有一套標準尺寸。國際標準ISO 20318-2依照標示直徑（也就是印在包裝盒上的尺寸）為筆芯分類，列出從0.2公釐到2公釐的標示直徑，包括0.3、0.5、0.7和0.9公釐。本站顯示的筆芯屬於0.7公釐這個尺寸。

標示直徑只是一個標籤，標準會另外為每個尺寸訂出實際容許的粗細範圍。標準也指出，有些尺寸會用兩種標示表示：0.3和0.35，以及0.9和1。標示相同的筆芯與自動鉛筆，即使來自不同廠牌，也應該能互相搭配使用。

大小比較

ISO 20318-2將黑色筆芯定義為由黑色著色材料（例如石墨）與黏合劑組成的固態書寫材料。石墨是純碳的一種形態，碳原子在同一層內緊密鍵結成平面，但層與層之間的鍵結卻很弱。用鉛筆在紙上畫過時，石墨會被磨下並留在紙面上，形成筆跡。

正因為層與層之間的鍵結薄弱，石墨才會又軟又滑，這也是它能當潤滑劑的原因。美國新英格蘭北部毒物中心指出，筆芯的材料是石墨，並不是會造成鉛中毒的金屬鉛。

筆芯也分成不同的硬度等級，用字母和數字標示。在ISO 20318-2中，等級從最硬的9H到最軟的6B。較硬的筆芯畫出的線條較淺，較軟的畫出的線條較深。HB是中間等級，百樂（Pentel）表示旗下的HB筆芯相當於美規的2號鉛筆。

標準將0.7公釐這個尺寸分成八種硬度等級，從4H到2B。標準也坦承，目前硬度等級尚無科學定義，因此判定等級時，仍有部分要靠經驗判斷，而非單純靠測量。