鉛筆の軸は正六角形などの角張った形状が一般的であるが、色鉛筆に限れば角がなく円い断面のものが多い。色鉛筆の芯は衝撃に弱く折れやすいことから、衝撃を受けた際のエネルギーを均等に分散させやすい形状として円い断面が選ばれている。
消しゴム付き鉛筆の場合は、鉛筆の先端に金属の鐶（わ）がはめられ、次に消しゴムがつけられる。鐶の内面に凹凸があり、これで鉛筆と消しゴムを固定している。
現在では軸にプラスチックを利用したものも存在する。日本でも製法特許をとったメーカーが存在するが、市販品にはほとんど存在しない。
鉛筆の軸の断面にはいろいろあるが、正六角形が最も一般的である。この理由は、次のようなものである。
鉛筆の先は3本の指をほぼ等間隔にして持つため、断面が3の倍数角形や円以外だと、指が稜に当たってしまう。
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正六角形の鉛筆は、同じ量の木材から多く作ることができる。円はそれに次ぐ（ただし、3の倍数に限らなければ、正方形が最も効率がいい）。
円形の鉛筆は、傾いた面に置くと転がってしまう。
赤鉛筆を含む色鉛筆の軸の断面は、円であることが多い。この理由は、次のようなものである。
色鉛筆の芯は黒鉛の芯より強度が劣る。円形の断面は、芯と表面の距離が近い方向が無いため、芯に衝撃が伝わりにくい。
色鉛筆は絵画に使うことが多く、さまざまな持ち方をするため、稜が邪魔になる。
正三角形の鉛筆は、主に幼児に鉛筆の持ち方を指導するために使われる。その形ゆえ、「おにぎりえんぴつ」とも呼ばれる。
受験生向けの縁担ぎとして、「合格」に掛けた、断面が正五角形の「五角」鉛筆がある。
一般的な形状が六角柱であるのは、しばしば発明の例として「円柱では机の上で転がってしまうから、六角柱が発明された」というような説明がなされることがある。これは誤りであり、実際には製造法が理由である。