Zdolność atomów węgla do tworzenia wiązań kowalencyjnych z innymi atomami węgla jest najbardziej wyjątkową z ich właściwości wiążących. Umożliwia to tworzenie długich, ciągłych łańcuchów, gałęzi i pętli złożonych z węgla i wodoru w węglowodorach i tylko węgiel w alotropach węglowych, takich jak C <60> /sub>.
Zdolność węgla do wiązania się z samym sobą nazywa się katenacją. Ta zdolność atomów węgla do łączenia się z innymi atomami, w tym sam z dużą wszechstronnością, daje możliwość niemal nieskończonych kombinacji. Ponad 10 milionów związków organicznych składających się z kombinacji węgla i innych pierwiastków zostało udokumentowanych, a nowe związki organiczne są tworzone i syntetyzowane każdego dnia.
Położenie węgla w układzie okresowym sprawia, że nie jest on ani metalem, ani niemetalem, co sprawia, że równie dobrze dzieli się z nim elektrony. Obfitość elektronów z zewnętrznej powłoki w węglu sprawia, że jest on zdolny do tworzenia maksymalnie czterech wiązań kowalencyjnych.
Oprócz współdzielenia elektronów z metalami i niemetalami o umiarkowanej elektroujemności, węgiel może również dostarczać lub akceptować elektrony, co daje sole organiczne. Krzem jest kolejnym pierwiastkiem, który może wiązać się z sobą i tworzyć długie łańcuchy, ale duży rozmiar atomów krzemu sprawia, że nie jest on zdolny do tworzenia tak dużej różnorodności związków jak węgiel.
