Grazie alla sua configurazione elettronica (1s², 2s², 2p²) e alla possibilità di formare orbitali ibridi (sp, sp², sp³) a geometrie diverse, il carbonio può legarsi a diversi elementi, dando luogo a un altissimo numero di composti. Ciò avviene in particolare con idrogeno, ossigeno, zolfo, azoto e fosforo, e i composti che ne derivano sono molto più numerosi di tutti quelli dell’intera chimica inorganica. 

Il carbonio è tetravalente, il che significa che nel legarsi agli altri elementi mette a disposizione i quattro elettroni di valenza per formare quattro legami covalenti. Secondo l’ibridazione avremo: 

- 4 legami singoli: (ibrido sp³)

- 2 legami singoli e 1 doppio: (ibrido sp²)

- 1 legame singolo e 1 triplo: (ibrido sp)

Se tali legami avvengono con altri atomi di carbonio, si ottengono catene più o meno lunghe di atomi, le quali possono essere:

- aperte e lineari

- aperte e ramificate 

- chiuse a forma di anello

Ne consegue che possono esistere diversi composti con la stessa formula bruta ma diversa formula di struttura, si parla di isomeri. 

Lo studio dei composti a catena aperta viene denominato chimica alifatica; quello dei composti a catena chiusa si indica con il nome di chimica organica ciclica.

Gli idrocarburi sono la classe di composti derivanti da carbonio e idrogeno. Gli idrocarburi si possono suddividere in diversi modi. In base al loro stato fisico nelle condizioni di pressione e di temperatura ambientali si distinguono:

- idrocarburi solidi o semisolidi (per esempio l’asfalto e il bitume);

- idrocarburi liquidi, come i costituenti del petrolio (benzene, esano, ottano ecc.);

- idrocarburi gassosi, quali metano, etano, propano, butano ecc.

Dal punto di vista delle proprietà chimiche, gli idrocarburi si distinguono in due grandi gruppi a loro

volta suddivisi in sottogruppi:

- idrocarburi alifatici

- idrocarburi aromatici