Wszystkie związki organiczne zawierają węgiel. Węgiel jest tak ważny dla struktury cząsteczek organicznych, że chemia organiczna została nazwana badaniem węgla i jego związków. Inne pierwiastki są łatwo włączane do cząsteczek organicznych, chociaż decydującą cechą cząsteczki organicznej jest obecność lub brak atomów węgla.
Węgiel jest niezwykle chętny do tworzenia wiązań z innymi atomami, co czyni go idealnym do budowania dużych molekuł używanych przez żyjące istoty. Aby zbudować te cząsteczki, węgiel zwykle wiąże się z wodorem, azotem i tlenem. Cząsteczki organiczne są czasami zdolne do włączenia innych elementów jako integralnych części ich struktury roboczej. Przykładem tego jest hemoglobina, która jest rodzajem organicznej cząsteczki zwanej białkiem. W szczególności hemoglobina jest metaloproteiną, co oznacza, że zawiera ona atomy żelaza w swoim aktywnym miejscu, aby lepiej wychwytywać i transportować tlen w czerwonych ciałkach krwi.
Podczas gdy wszystkie związki organiczne są zbudowane wokół węgla, nie wszystkie związki na bazie węgla są uważane za organiczne. Z powodów, które mają więcej wspólnego z historią chemii niż z własnymi właściwościami samych cząsteczek, tlenek węgla, dwutlenek węgla i węglik wolframu nie są klasyfikowane jako organiczne, nawet jeśli zawierają węgiel związany z innymi pierwiastkami.
