Węgiel – jako podstawowy składnik przyrody ożywionej – występuje zarówno w stanie wolnym (grafit, diament, węgle kopalne), jak i w związkach chemicznych (np. CO2, węglany, gaz ziemny,ropa naftowa).
Konfiguracja elektronowa atomu węgla: 1s2 2s2 2p2.
Stopnie utlenienia węgla w związkach: II, IV.
Znane są trzy odmiany alotropowe węgla: diament, grafit oraz fulereny. Diament i grafit mają budowę krystaliczną, a fulereny – cząsteczkową.
Alotropia to zjawisko występowania pierwiastków w odmianach różniących się liczbą atomów w cząsteczce lub strukturą krystaliczną. Alotropia jest szczególnym rodzajem polimorfizmu, czyli wielopostaciowości.
Polimorfizm to występowanie substancji złożonej (związku chemicznego) w kilku odmianach różniących się postacią krystaliczną i strukturą sieci przestrzennej.