Węgiel jest uważany za czterowartościowy, ponieważ ma cztery elektrony dostępne do tworzenia wiązań chemicznych z innymi pierwiastkami. Te elektrony są nazywane elektronami walencyjnymi i znajdują się w najbardziej zewnętrznej powłoce elektronów.
Węgiel jest jednym z kilku czterowartościowych pierwiastków. Pozostałe elementy to german, cyna, krzem i ołów. Razem czterowartościowe elementy tworzą grupę 14 układu okresowego, która jest grupą elementów znajdujących się w 14. kolumnie. W przeciwieństwie do innych czterowartościowych pierwiastków, węgiel występuje w dużych ilościach w żywych organizmach. Węgiel ma również zdolność tworzenia bardziej złożonych cząsteczek niż inne czterowartościowe pierwiastki ze względu na zdolność tworzenia podwójnych i potrójnych wiązań. Typowe cząsteczki węgla to dwutlenek węgla (CO2), metan (CH4) i acetylen (C2H2).
Węgiel uważany jest za niezbędny do tworzenia wielu cząsteczek biologicznych. Jego czterowartościowa natura daje mu zdolność do tworzenia DNA, węglowodanów i białek, które są niezbędne w wielu procesach biologicznych. Badanie związków węgla jest znane jako chemia organiczna.
Symbol węgla to C, a jego liczba atomowa to 6. Jego ciężar atomowy to 12.011. Nazwa carbon pochodzi od łacińskiego "carbo", co oznacza węgiel drzewny. W temperaturze pokojowej węgiel występuje w postaci czarnej substancji stałej. Istnienie węgla jest znane od starożytności.
