Kohlenstoff ist vierbindig, hat die Ordnungszahl 6 und steht in der 14. Gruppe (4. Hauptgruppe) des Periodensystems. Für die Chemie des Kohlenstoffs sind kovalente Bindungen charakteristisch. Diese können sowohl mit Atomen anderer Elemente als auch mit weiteren C-Atomen ausgebildet werden. Dabei können kettenförmige unverzweigte oder verzweigte, aber auch ringförmige Strukturen entstehen. Kohlenstoff kann Einfach-, Doppel- und Dreifachbindungen ausbilden. Die Bindungsstärke nimmt von der Einfach- zur Dreifachbindung zu.
Häufig charakterisiert man Kohlenstoffatome nach der Anzahl der mit ihnen verknüpften C-Atome. Je nachdem, ob ein Kohlenstoffatom mit einem, 2, 3 oder 4 weiteren C-Atomen verknüpft ist unterscheidet man zwischen primären, sekundären, tertiären und quartären C-Atomen.
Reinformen des Kohlenstoffs
und sind die beiden häufigsten natürlich vorkommenden Erscheinungsformen reinen Kohlenstoffs. Im ist jedes Kohlenstoffatom mit 4 weiteren Kohlenstoffatomen durch Einfachbindungen verknüpft. Daraus resultiert eine kubische Kristallstruktur. Im Diamant sind alle Kohlenstoffatome .