Het chemische element dat in alle organische moleculen wordt aangetroffen, is koolstof (C). Koolstof is een niet-metaalachtig element dat het unieke vermogen heeft om covalente bindingen te vormen met andere koolstofatomen, evenals met een verscheidenheid aan andere elementen, zoals waterstof, zuurstof, stikstof en zwavel. Deze bindingen vormen de ruggengraat van alle organische moleculen en geven aanleiding tot de enorme diversiteit en complexiteit van organische verbindingen die in levende organismen voorkomen. De veelzijdige bindingseigenschappen van koolstof, samen met zijn vermogen om stabiele tetraëdrische structuren te vormen, maken het essentieel voor de structuur en functie van eiwitten, lipiden, koolhydraten en nucleïnezuren, de fundamentele moleculen van het leven.