Tutti i composti organici contengono carbonio. Il carbonio è così importante per la struttura delle molecole organiche che la chimica organica è stata definita lo studio del carbonio e dei suoi composti. Altri elementi sono facilmente incorporati nelle molecole organiche, sebbene la caratteristica determinante di una molecola organica sia la presenza o l'assenza di atomi di carbonio.
Il carbonio è insolitamente desideroso di formare legami con altri atomi, il che lo rende ideale per costruire le grandi molecole utilizzate dagli esseri viventi. Per costruire queste molecole, il carbonio si lega comunemente con idrogeno, azoto e ossigeno. Le molecole organiche sono talvolta in grado di incorporare altri elementi come parti integranti della loro struttura lavorativa. Un esempio di questo è nell'emoglobina, che è un tipo di molecola organica chiamata proteina. Nello specifico, l'emoglobina è una metalloproteina, il che significa che incorpora atomi di ferro nel suo sito attivo per catturare e trasportare meglio l'ossigeno nei globuli rossi.
Mentre tutti i composti organici sono costruiti attorno al carbonio, non tutti i composti a base di carbonio sono considerati biologici. Per ragioni che hanno più a che fare con la storia della chimica che con le proprietà intrinseche delle molecole stesse, il monossido di carbonio, il biossido di carbonio e il carburo di tungsteno non sono classificati come organici anche se contengono legami di carbonio con altri elementi.
