De zelfkoppelende eigenschap van koolstof wordt catenatie genoemd. Catenatie is het vermogen van koolstofatomen om zich met elkaar te verbinden en ketens of ringen te vormen. Deze eigenschap is essentieel voor de vorming van organische moleculen, de bouwstenen van alle levende wezens. Koolstofatomen kunnen enkele, dubbele of drievoudige bindingen met elkaar vormen, en ze kunnen zich ook binden met andere elementen zoals waterstof, zuurstof, stikstof en zwavel. De verschillende manieren waarop koolstofatomen aan elkaar kunnen binden, geven aanleiding tot de enorme diversiteit aan organische moleculen.