Propriedades mecânicas, como maleabilidade e ductilidade, não se aplicam a átomos individuais de qualquer elemento porque as propriedades mecânicas surgem quando os átomos se ligam. O tipo, a força e a orientação dessas ligações resultantes determinam as propriedades mecânicas da matéria.
A ligação carbono-carbono covalente entre dois átomos de carbono envolve a participação de um, dois ou três elétrons de cada átomo. Ligações simples de carbono-carbono ocorrem mais comumente quando dois átomos de carbono hibridizam e compartilham seus orbitais sp3. Ligações simples entre átomos de carbono também podem resultar de outras hibridizações orbitais menos comuns, como a hibridização sp2. A energia aproximada de uma única ligação carbono-carbono é de 80 quilocaries por mol.
Dois átomos de carbono também podem se ligar por meio de dois orbitais sp2 hibridados e dois orbitais p não hibridizados. A energia média da ligação resultante é de 140 quilocaries por mol.
Esses valores são excepcionalmente altos em comparação com outras energias de ligação elementar, como 38,4 quilocaries por mol para ligações nitrogênio-nitrogênio e 35 quilocaries por mol para ligações de oxigênio-oxigênio. O carbono também é capaz de catenação, a formação de cadeias longas e contínuas de seus próprios átomos. A alta resistência de ligação interatômica e a capacidade de catenação do carbono conferem a ele diferentes formas de propriedades mecânicas excepcionais. Os nanotubos de carbono têm um módulo de Young teórico de 1 tetrapáscal e resistências à tração entre 11 e 63 gigapascais. A natureza covalente e a direcionalidade das ligações carbono-carbono limitam a maleabilidade e a ductilidade dos alótropos de carbono.
