Atomy węgla są podstawowymi składnikami węgla, który jest szóstym najbogatszym pierwiastkiem we wszechświecie. atom węgla ma sześć elektronów, z których cztery znajdują się w zewnętrznej powłoce atomu, jego skorupa walencyjna.
Atomy węgla mają sześć protonów w jądrze i sześć elektronów krążących wokół jądra. Dodanie neutronów do atomu węgla powoduje powstanie izotopu węgla. Na przykład atom węgla z tylko sześcioma neutronami nazywany jest węglem-12, natomiast atom z ośmioma neutronami nazywany jest węglem-14. Liczba na końcu każdej nazwy izotopu reprezentuje liczbę masy atomowej znalezioną w układzie okresowym. Chociaż każdy izotop ma różną liczbę neutronów, nie ma różnicy w reakcjach chemicznych atomu węgla.
Związki węgla występują w postaci diamentów, grafitu, węgla drzewnego, sadzy i fulerenu. Węgiel zapewnia również strukturę dla wszystkich tkanek roślin i zwierząt i jest ważnym składnikiem białek, takich jak włosy, mięso i jedwab. Związki węgla zawierające bor i krzem należą do najtwardszych znanych substancji. Na znormalizowanej skali twardości zwanej skalą Mohsa, gdzie diament wynosi 10, węglik krzemu (karborund) wynosi 9,15, a węglik boru 9,32.
