Koolstof heeft een valentie van 4. Dit betekent dat koolstofatomen vier elektronen in hun buitenste schil hebben, die ze kunnen gebruiken om covalente bindingen met andere atomen te vormen. Koolstofatomen kunnen enkele, dubbele of drievoudige bindingen vormen met andere atomen, en ze kunnen ook bindingen met zichzelf vormen om ketens en ringen te vormen. De veelzijdigheid van koolstof op het gebied van binding maakt het tot de ruggengraat van de organische chemie.