El carbono da multitud de compuestos diferentes porque sus átomos tienen la capacidad de unirse tanto entre sí como con otros muchos elementos.

Los átomos de carbono tienen un tamaño similar a otros elementos muy abundantes (nitrógeno, oxígeno, hidrógeno). Además, tienen 4 electrones en su capa más externa, lo que les permite formar una gran variedad de orbitales atómicos con gran poder enlazante.

Hay compuestos de carbono e hidrógeno, los hidrocarburos alifáticos, en los que los átomos de carbono se unen mediante uno, dos o tres enlaces formando cadenas: por ejemplo, el enlace es simple en el etano (CH3-CH3), doble en el etileno (CH2=CH2) y triple en el acetileno (CHΞCH). Estos tres son gases, pero cuando aumenta el número de átomos (y por tanto la masa atómica) van apareciendo líquidos (como las gasolinas) y hasta sólidos (como las parafinas). En las moléculas con enlaces dobles y triples hay electrones deslocalizados que les confieren una especial reactividad.

Por otra parte, en los hidrocarburos aromáticos, los átomos de carbono se asocian entre sí y con otros elementos formando estructuras cíclicas que contienen electrones deslocalizados. La capacidad de formar compuestos es, por tanto, enorme. Si se introducen nuevos elementos, como el oxígeno, la diversidad aumenta y encontramos alcoholes, ácidos, azúcares, grasas… Y si además está presente el nitrógeno más aún: aminas, aminoácidos, proteínas… todos ellos pueden a su vez dar lugar a nuevos derivados.