Die Fähigkeit von Kohlenstoffatomen, kovalente Bindungen mit anderen Kohlenstoffatomen zu bilden, ist die einzigartigste seiner Bindungseigenschaften. Dadurch kann Kohlenstoff lange, kontinuierliche Ketten, Verzweigungen und Schleifen aus Kohlenstoff und Wasserstoff bilden in Kohlenwasserstoffen und nur Kohlenstoff in Kohlenstoffallotropen wie C60.
Die Fähigkeit von Kohlenstoff, sich mit sich selbst zu verbinden, wird als Verkettung bezeichnet. Diese Fähigkeit von Kohlenstoffatomen, sich mit anderen Atomen, einschließlich sich selbst, mit einem hohen Maß an Vielseitigkeit zu verbinden, führt zu nahezu unendlichen Kombinationen. Über 10 Millionen organische Verbindungen, die aus einer Kombination von Kohlenstoff und anderen Elementen bestehen, wurden dokumentiert, wobei täglich neue organische Verbindungen erdacht und synthetisiert werden.
Die Position von Kohlenstoff in der Mitte des Periodensystems macht es weder zu einem Metall noch zu einem Nichtmetall, wodurch es mit gleicher Wahrscheinlichkeit Elektronen mit beiden teilt. Die Fülle an Außenschalenelektronen im Kohlenstoff ermöglicht es, maximal vier kovalente Bindungen zu bilden.
Kohlenstoff kann nicht nur Elektronen mit Metallen und Nichtmetallen mittlerer Elektronegativität teilen, sondern auch Elektronen abgeben oder aufnehmen, wodurch organische Salze entstehen. Silizium ist ein weiteres Element, das sich mit sich selbst verbinden und lange Ketten bilden kann, aber die große Größe der Siliziumatome macht es nicht in der Lage, eine so große Vielfalt an Verbindungen wie Kohlenstoff zu bilden.
