Fizyczne właściwości węgla różnią się znacznie w zależności od formy, jaką przyjmuje pierwiastek. Diament, który jest przezroczysty i najtwardszy minerał występujący w przyrodzie, jest bardzo czystą formą węgla. Co ciekawe, tak samo jest z grafitem, który jest nieprzejrzysty i czarny i jednym z najdelikatniej występujących w przyrodzie minerałów. Liczba różnych form węgla może sprawić, że każdy prosty opis jest niemożliwy.
Węgiel jest piętnastym najbardziej obfitym pierwiastkiem występującym w skorupie ziemskiej. Jest to również czwarty najbardziej obfity pierwiastek we wszechświecie. Jego struktura chemiczna pozwala związać się z sobą i wieloma innymi pierwiastkami chemicznymi, tworząc prawie 10 milionów różnych związków, bardziej niż jakikolwiek inny pierwiastek. Węglowe wiązania z tlenem tworzą dwutlenek węgla, tlenek węgla i wiele innych mniej popularnych związków. Łączy się z wodorem, tworząc gazy takie jak metan, ciecze takie jak ropa naftowa i ciała stałe, takie jak węgiel. Ze względu na zdolność węgla do wiązania się z sobą i tworzenia długich łańcuchów, istnieje ponad 100 000 różnych znanych odmian węglowodorów. Węgiel jest również jednym z najważniejszych elementów wszelkiego życia na Ziemi. Badanie chemii organicznej dotyczy badań związków węgla. Występuje w roślinach, zwierzętach i minerałach.
