Jedes Kohlenstoffatom bildet vier chemische Bindungen. Kohlenstoff bildet am häufigsten kovalente Bindungen, bei denen es sich um zwei Atome handelt, die sich Elektronen teilen, aber manchmal bildet er auch ionische Bindungen, die in Verbindungen wie Calciumcarbid vorkommen.
Kohlenstoff hat sechs Elektronen: zwei in der inneren Umlaufbahn und vier in der äußeren Umlaufbahn. Die äußere Umlaufbahn ist abgeschlossen, wenn sie acht Elektronen erreicht, und so bilden Kohlenstoffatome kovalente Bindungen mit anderen Atomen mit Elektronen, die sie teilen. Obwohl Kohlenstoff nicht das einzige Element mit vier Valenz- oder äußeren Elektronen ist, ist es das kleinste, sodass es bequem in viel größere Moleküle passt.
Jede Verbindung, die kovalent gebundenen Kohlenstoff enthält, gilt als organische Verbindung. Chemikern sind mehr als 10 Millionen organische Verbindungen bekannt, die ständig mehr synthetisieren. Die Fähigkeit von Kohlenstoff, Kohlenstoff-zu-Kohlenstoff-Ketten zu bilden, ist ein Grund, warum Kohlenstoff so viele Verbindungen bilden kann. Kohlenstoffatome können Ketten, komplexe Verzweigungen und Ringe bilden. Kohlenstoff verbindet sich mit Elementen, indem er sich ein, zwei oder drei Elektronen teilt, wodurch er sich mit einer Vielzahl anderer Atome verbinden kann. Wasserstoff ist das am häufigsten mit Kohlenstoff verbundene Element, aber Stickstoff, Sauerstoff, Phosphor, Schwefel und Halogene verbinden sich zusammen mit vielen anderen Arten von Atomen mit Kohlenstoff, um organische Moleküle zu bilden.
