Carbon (C) có thể tạo thành một chuỗi liên kết để tạo thành các chuỗi phân tử rất dài. Đặc điểm này được gọi là sự hình thành chuỗi. Liên kết cacbon-cacbon bền vững và mạnh mẽ. Do đó, cacbon có thể tạo thành các hợp chất khác nhau gần như không giới hạn. Trên thực tế, có nhiều hợp chất cacbon hơn các hợp chất của tất cả các nguyên tố khác cộng lại (trừ hiđro, vì hầu hết các hợp chất cacbon đều chứa hiđro).
Các phân tử hữu cơ đơn giản nhất là hydrocacbon. Các hợp chất này dựa trên một chuỗi carbon và có các nguyên tử hydro liên kết với chuỗi carbon. Chiều dài chuỗi, các nhánh và nhóm chức sẽ ảnh hưởng đến các tính chất vật lý và hóa học của các hợp chất hữu cơ.
Tất cả các sinh vật sống đều chứa carbon và sử dụng carbon làm cơ sở của hóa học hữu cơ. Hydrocacbon có thể được sử dụng trong công nghiệp làm chất làm lạnh, chất bôi trơn, dung môi, nguyên liệu thô để sản xuất nhựa, nhiên liệu hóa thạch, v.v.
Sau khi cacbon kết hợp với oxy và hydro, nhiều hợp chất sinh học thiết yếu được hình thành, bao gồm đường, lignans, chitin, rượu, lipid, este, carotenoid, tecpen, v.v. Sự kết hợp của cacbon và nitơ sẽ tạo thành ancaloit, và việc bổ sung lưu huỳnh sẽ tạo thành chất kháng sinh, axit amin, cao su, v.v.
Cuối cùng, phốt pho được thêm vào để tạo thành DNA và RNA, là những phân tử được mã hóa hóa học cần thiết cho sự sống, và adenosine triphosphate (ATP), được các tế bào sinh học sử dụng để truyền năng lượng.
Các chất chứa cacbon trong quặng và các hợp chất cacbon không chứa hydro hoặc flo thường không được phân loại là hợp chất hữu cơ, nhưng định nghĩa này không phải là tuyệt đối. Các hợp chất vô cơ này bao gồm các loại oxit cacbon đơn giản nhất, trong đó quan trọng nhất là cacbon dioxide.
Carbon dioxide từng là thành phần chính của khí quyển cổ đại, nhưng ngày nay nó chỉ chiếm một phần rất nhỏ trong khí quyển trái đất. Khi carbon dioxide hòa tan trong nước, nó tạo thành axit cacbonic. Nhưng vì có nhiều nguyên tử oxy liên kết với nguyên tử cacbon bằng một liên kết đơn nên nó không bền.
Tuy nhiên, thông qua trạng thái chuyển tiếp này, các ion cacbonat ổn định bằng cộng hưởng được hình thành. Một số loại đá quan trọng có chứa cacbonat, chẳng hạn như đá vôi, đá phấn và đá cẩm thạch.
Một oxit cacbon phổ biến khác là cacbon monoxit, một loại khí không màu và không mùi được tạo ra sau quá trình đốt cháy không hoàn toàn. Có một liên kết ba trong phân tử carbon monoxide, và tính phân cực rất mạnh, vì vậy nó sẽ liên kết không thể đảo ngược với phân tử hemoglobin, do đó oxy có ái lực thấp hơn không thể truyền qua hemoglobin.
Khi cacbon gặp nhiều kim loại phản ứng hơn như vonfram, nó tạo thành cacbua hoặc các hợp chất axetylen làm tăng đáng kể điểm nóng chảy của các hợp kim này. Độ âm điện của cacbon là 2,5, vì vậy nó sẽ chủ yếu tạo thành liên kết cộng hóa trị.
Cacbon có một số hợp chất mạng liên kết cộng hóa trị, chẳng hạn như cacbua silic có cấu trúc tương tự như kim cương.
Phương trình hóa học:
C + O2 -> CO2
C + 4HNO3 (đặc) -> C+ 4O2 + 4NO2 + 2H2O
C + 2H2 -> CH4