Węgiel ma właściwości fizyczne i chemiczne. Węgiel to niemetal, który jest miękką, szarą substancją, którą człowiek może natrzeć między paznokciami. Element może również wyglądać jak czarny. Węgiel tworzy grafit allotropowy, diament i węgiel (amorficzny). Istnieją tysiące związków węgla, które są niezbędne do życia organicznego.
Jako grafit gęstość węgla wynosi 2,277 gramów na mililitr. Grafit tonie w wodzie i płonie, tworząc dwutlenek węgla lub tlenek węgla, jeśli dostarczanie tlenu jest ograniczone. Jako diament, węgiel jest jedną z najtrudniejszych substancji na Ziemi. Diamenty mają wysoką temperaturę topnienia i punkt załamania. Gęstość diamentu wynosi 3,51 g /cm³. Diamenty są używane do biżuterii, łożysk, wycinania i wiercenia.
Węgiel pierwiastkowy jest substancją obojętną. Ten pierwiastek jest nierozpuszczalny w wodzie; rozcieńczone kwasy i zasady; i rozpuszczalniki organiczne. Jedynym halogenem reagującym z węglem jest fluor. Kilka metali w połączeniu z węglem w wysokich temperaturach tworzy węgliki. Dla węgla istnieje siedem naturalnych izotopów. Carbon-12 jest używany jako standard dla ciężarów atomowych. Temperatura topnienia węgla wynosi 3820 kelwinów, a jego temperatura wrze do 5100 kelwinów. Węgiel ma ukośną strukturę kratową i sześciokątną strukturę krystaliczną. Tworzy trzy gazowe związki z tlenem: tlenek węgla, dwutlenek węgla i podtlenek węgla.
