Abilitatea carbonului de a se lega cu el însuși se numește catenare. Această capacitate a atomilor de carbon de a se combina cu alți atomi, incluzând ea însăși, cu un grad ridicat de versatilitate, dă naștere la posibilitatea combinațiilor aproape infinite. Peste 10 milioane de compuși organici constând dintr-o combinație de carbon și alte elemente au fost documentate, noii compuși organici fiind concepuți și sintetizați zilnic.
Poziția carbonului la mijlocul mesei în tabelul periodic nu îl face nici metalic, nici nemetalic, făcându-l la fel de probabil să împartă electroni cu oricare dintre ele. Abundența electronilor din carcasa exterioară în carbon face ca aceasta să fie capabilă să formeze maximum patru legături covalente.
Pe lângă distribuirea electronilor cu metale și nemetale cu electronegativitate moderată, carbonul poate, de asemenea, să doneze sau să accepte electroni, dând naștere unor săruri organice. Siliconul este un alt element care se poate lega cu el însuși și formează lanțuri lungi, dar mărimea mare a atomilor de siliciu face ca acesta să nu fie capabil să formeze o varietate mare de compuși ca carbonul.
