Cada átomo de carbono forma quatro ligações químicas. O carbono mais comumente forma ligações covalentes, que são dois átomos que compartilham elétrons, mas às vezes também forma ligações iônicas encontradas em compostos, como carboneto de cálcio.
O carbono tem seis elétrons: dois na órbita interna e quatro na órbita externa. A órbita externa está completa quando atinge oito elétrons, e assim os átomos de carbono formam ligações covalentes com outros átomos com elétrons para compartilhar. Embora o carbono não seja o único elemento com quatro elétrons de valência, ou externos, ele é o menor, permitindo que se encaixe confortavelmente como parte de moléculas muito maiores.
Qualquer composto que contenha carbono ligado covalentemente é considerado um composto orgânico. Mais de 10 milhões de compostos orgânicos são conhecidos pelos químicos, que estão continuamente sintetizando mais. A capacidade do carbono de formar cadeias de carbono para carbono é uma das razões pelas quais o carbono pode formar tantos compostos. Os átomos de carbono podem formar cadeias, ramos complexos e anéis. O carbono se liga a elementos compartilhando um, dois ou três elétrons, o que permite que ele se ligue a uma ampla gama de outros átomos. O hidrogênio é o elemento mais comum para se ligar ao carbono, mas o nitrogênio, oxigênio, fósforo, enxofre e halogênios, junto com muitos outros tipos de átomos, se ligam ao carbono para formar moléculas orgânicas.
