Un posto centrale nella chimica della vita spetta al Carbonio. Il motivo principale è che il Carbonio, oltre ad essere un elemento particolarmente diffuso in natura, possiede 4 elettroni superficiali che può condividere con altri elementi chimici (ed anche con altri atomi di Carbonio) per formare quattro legami covalenti stabili.
Il fatto più interessante è però la capacità del carbonio di legarsi con altri atomi di carbonio per formare lunghe catene, variamente ramificate o addirittura chiuse a formare anelli (in realtà poligoni), mantenendo nel contempo legami liberi che vengono saturati da altri elementi chimici (essenzialmente H, O, N). In tal modo le combinazioni possibili risultano virtualmente infinite.
In molti casi le macromolecole organiche raggiungono complessità e varietà ancor maggiori attraverso il processo di polimerizzazione.
Un polimero è un composto formato dalla successione di molte molecole uguali (monomeri) o di pochi tipi diversi. Uno stesso monomero può agganciarsi in modi diversi formando polimeri aventi differenti caratteristiche (il glucosio, ad esempio, forma sia la cellulosa che l'amido).
Il Carbonio va quindi a costituire una specie di impalcatura, rappresenta lo scheletro di tutte le sostanze organiche, al punto che la chimica organica è conosciuta anche come chimica del carbonio.
L'unica sostanza con caratteristiche chimiche molto simili è il Silicio, l'elemento con il quale si costruiscono i chips dei computer. Forse in qualche altro mondo potrebbe esistere una vita basata sulla chimica del Silicio.
Quando il Carbonio si lega con se stesso produce molecole dalla geometria variabile che dipende dagli angoli di legame.
Si possono a tal proposito distinguere tre casi: carbonio tetraedrico, carbonio planare, carbonio lineare