Kohlenstoff kommt in einer Vielzahl von Molekülen vor, da seine atomare Struktur es extrem einfach macht, Bindungen zu bilden. Kohlenstoff verbindet sich leicht mit mehreren anderen Atomen und kann mit anderen Kohlenstoffatomen Ketten von Bindungen bilden .
Die äußere Valenzschale von Kohlenstoff enthält vier von möglichen acht Elektronen. Dadurch kann sich Kohlenstoff gleichzeitig mit vier anderen Atomen verbinden. Kohlenstoff kann sich beispielsweise mit vier Wasserstoffatomen verbinden, um Methan zu bilden. Alternativ kann Kohlenstoff mit anderen Kohlenstoffatomen und anderen Atomen gleichzeitig binden. Zwei Kohlenstoffatome können sich miteinander und mit jeweils drei Wasserstoffatomen verbinden und C2H6 bilden. Schließlich können sich Kohlenstoffketten mit einer großen Anzahl von Kohlenstoffatomen in unterschiedlichen Strukturen bilden; diese erzeugen Materialien wie Kohle und Diamant und sind die Grundlage der Nanotechnologie.
