Liczba zbadanych związków węgla z innymi pierwiastkami jest tak wielka, że przekracza przeszło dziesięciokrotnie liczbę związków wszystkich innych pierwiastków pomiędzy sobą. W związkach tych węgiel występuje prawie zawsze jako pierwiastek czterowartościowy. Wielką różnorodność związków zawdzięcza on głównie dużej skłonności jego atomów do łączenia się pomiędzy sobą wiązaniami kowalencyjnymi w łańcuchy zawierające nieraz po kilkadziesiąt atomów. Łańcuch węglowy stanowi jak gdyby szkielet cząsteczki, elektrony zaś walencyjne węgla, nie wchodzące w skład tych dubletów, wiążą atomy węgla z atomami innych pierwiastków (wodoru, tlenu, azotu, siarki, chlorowców itd.).
Łącząc się pomiędzy sobą atomy węgla tworzyć mogą łańcuchy otwarte, proste (I) lub rozgałęzione (II). Związki, których cząsteczki mają taką budowę łańcucha węglowego, nazywane są alifatycznymi. —C-C-C-C— —C -C—0—C—C—C—C—, I I c o, I, —c—c—c—, I II
Poszczególne atomy węgla w łańcuchu mogą łączyć się za pomocą bądź to jednej pary elektronów, bądź też dwóch (III) lub trzech (IV): —C=C—C-, —c-c=c—c—, III IV
Istnieją wreszcie związki, których łańcuch węglowy przedstawia zamknięty pierścień (związki cykliczne), złożone z samych atomów węgla (związki izocykliczne, wzór V) lub też zawierające co najmniej jeden atom innego pierwiastka, np. azotu, tlenu lub siarki (związki heterocykliczne, wzór VI): '
Wobec tak niezmiernie wielkiej liczby związków węgla, a także ze względu na to, że niektóre zjawiska, mające dla związków innych pierwiastków podrzędne tylko znaczenie, występują ze szczególną wyrazistością właśnie wśród związków węgla (np. zjawisko izomerii) — chemia tych związków została wyodrębniona w osobny dział, znany pod nazwą chemii organicznej.
W podręcznikach chemii ogólnej rozpatrywane są jedynie najprostsze związki węgla z wodorem, tlenem i niektórymi innymi pierwiastkami. Liczba związków węgla z samym tylko wodorem sięga kilkunastu tysięcy. Ropa naftowa oraz poszczególne jej frakcje, wosk ziemny, oleje syntetyczne, a dalej kauczuk oraz olej terpentynowy, stanowią mieszaniny większej liczby węglowodorów.