Życie na Ziemi jest oparte na węglu, ponieważ wszystkie makrocząsteczki tworzące żywe organizmy zawierają atomy węgla. Wszystkie związki organiczne mają szkielet węglowy. Każdy atom węgla jest czterowartościowy i może wiązać się z czterema innymi atomami, co czyni go niezwykle elastycznym składnikiem cząsteczek biologicznych. Ponieważ elektrony walencyjne węgla są stabilne, rzadko staje się on jonem. Wraz ze wzrostem długości łańcucha węglowego możliwe stają się modyfikacje strukturalne, takie jak struktury pierścieniowe, podwójne wiązania i rozgałęziające się łańcuchy boczne.

Wiązania węgiel-węgiel stanowią podstawę szkieletu węglowego. Atomy wodoru łatwo wiążą się z atomem węgla. Cząsteczki, które zawierają tylko wodór i węgiel, nazywane są węglowodorami. Węglowodory zwykle tworzą długie łańcuchy lub mają gałęzie wystające w różnych punktach. Zmiana liczby wiązań zmienia właściwości cząsteczki. Na przykład kwas tłuszczowy z długim ogonem węglowodorowym z jednym lub więcej wiązaniami podwójnymi będzie zachowywał się inaczej niż kwas tłuszczowy bez wiązań podwójnych.

Izomerów

Cząsteczki o tym samym wzorze chemicznym, ale różnych układach strukturalnych nazywane są izomerami. Jednym z przykładów izomerów można zaobserwować w dwóch różnych cząsteczkach, które mają wspólny wzór chemiczny C₆H₁₄. Heksan ma pojedynczy liniowy łańcuch atomów węgla, podczas gdy izoheksan ma punkt rozgałęzienia na drugim atomie węgla. Niektóre izomery są swoimi lustrzanymi odbiciami, które nazywane są enancjomerami.

Grupy funkcjonalne zbudowane na szkieletach węglowych

Unikalne właściwości cząsteczek biologicznych nadają grupy funkcyjne związane ze szkieletem węglowym, takie jak grupy aminowe (–_NH2) czy grupy metylowe (–_CH3). Grupy funkcyjne mogą zmieniać właściwości strukturalne i chemiczne cząsteczki. Właściwości grup funkcyjnych mają wpływ na wiele dziedzin nauki, takich jak projektowanie leków syntetycznych.