La capacità degli atomi di carbonio di formare legami covalenti con altri atomi di carbonio è la più esclusiva delle sue proprietà leganti. Ciò consente al carbonio di formare catene lunghe e continue, rami e anelli costituiti da carbonio e idrogeno in idrocarburi e solo carbonio in allotropi di carbonio come C 60 .
La capacità del carbonio di legarsi a se stesso è chiamata catenazione. Questa capacità degli atomi di carbonio di combinarsi con altri atomi, incluso se stessa, con un alto grado di versatilità dà origine alla possibilità di combinazioni quasi infinite. Oltre 10 milioni di composti organici costituiti da una combinazione di carbonio e altri elementi sono stati documentati, con nuovi composti organici concepiti e sintetizzati ogni giorno.
La posizione del carbonio a metà strada nella tavola periodica non lo rende né un metallo né un non-metallo, il che rende ugualmente probabile la condivisione di elettroni con entrambi. L'abbondanza di elettroni a guscio esterno in carbonio lo rende capace di formare un massimo di quattro legami covalenti.
Oltre a condividere elettroni con metalli e non metalli di elettronegatività moderata, il carbonio può anche donare o accettare elettroni, dando origine a sali organici. Il silicio è un altro elemento che può legarsi con se stesso e formare lunghe catene, ma le grandi dimensioni degli atomi di silicio lo rendono incapace di formare una grande varietà di composti come il carbonio.
