Węgiel występuje w wielu różnych cząsteczkach, ponieważ jego struktura atomowa bardzo ułatwia tworzenie wiązań. Węgiel łatwo wiąże się z wieloma innymi atomami i może tworzyć łańcuchy wiązań z innymi atomami węgla .
Zewnętrzna skorupa wartościowości węgla zawiera cztery z ośmiu możliwych elektronów. Dzięki temu węgiel może łączyć się z czterema innymi atomami jednocześnie. Na przykład węgiel może łączyć się z czterema atomami wodoru, tworząc metan. Alternatywnie, węgiel może wiązać się z innymi atomami węgla i innymi atomami jednocześnie. Dwa atomy węgla mogą wiązać się ze sobą, a każdy z trzema atomami wodoru, tworząc C2H6. Wreszcie, łańcuchy węglowe zawierające ogromną liczbę atomów węgla mogą tworzyć się w różnych strukturach; Tworzą one materiały, takie jak węgiel i diament, i są podstawą nanotechnologii.
