Właściwości mechaniczne, takie jak ciągliwość i ciągliwość, nie mają zastosowania do pojedynczych atomów dowolnego pierwiastka, ponieważ właściwości mechaniczne powstają, gdy atomy wiążą się. Rodzaj, wytrzymałość i orientacja tych wiązań decyduje o właściwościach mechanicznych materii.
Kowalencyjne wiązanie węgiel-węgiel między dwoma atomami węgla obejmuje udział jednego, dwóch lub trzech elektronów z każdego atomu. Pojedyncze wiązania węgiel-węgiel najczęściej powstają, gdy dwa atomy węgla hybrydyzują i współdzielą orbitale sp3. Pojedyncze wiązania między atomami węgla mogą również wynikać z innych, mniej powszechnych hybrydyzacji orbitalnych, takich jak hybrydyzacja sp2. Przybliżona energia pojedynczego wiązania węgiel-węgiel wynosi 80 kcal na mol.
Dwa atomy węgla mogą również wiązać się podwójnie przez dwa hybrydyzowane orbitale sp2 i dwa niezhybrydyzowane orbitale p. Średnia energia powstałego wiązania wynosi 140 kcal na mol.
Te wartości są wyjątkowo wysokie w porównaniu z innymi energiami wiązania elementarnego, takimi jak 38,4 kb na mole dla wiązań azot-azot i 35 kb na mole dla wiązań tlen-tlen. Węgiel jest także zdolny do katenacji, tworzenia długich, ciągłych łańcuchów własnych atomów. Wysoka siła wiązania międzyatomowego i zdolność do katenacji węgla daje mu różne formy wyjątkowych właściwości mechanicznych. Nanorurki węglowe mają teoretyczny moduł Younga o 1 wytrzymałości tetrapasowej i wytrzymałości na rozciąganie między 11 a 63 gigapaskali. Kowalencyjny charakter i kierunkowość wiązań węgiel-węgiel ogranicza ciągliwość i ciągliwość alotropów węglowych.
