* halogenen (F, CL, Br, I): Dit zijn de meest voorkomende vervangingen voor waterstof. Ze vormen haloalkanen (bijv. Chloormethaan, CH3CL), die belangrijk zijn in veel industriële toepassingen.

* zuurstof (O): Zuurstof kan op verschillende manieren in organische moleculen worden opgenomen, waardoor alcoholen worden gevormd (bijvoorbeeld ethanol, CH3CH2OH), ethers (bijv. Diethylether, CH3CH2OCH2CH3) en ketonen (bijv. Aceton, CH3COCH3).

* stikstof (n): Stikstof kan worden gevonden in amines (bijv. Methylamine, CH3NH2), amiden (bijv. Acetamide, CH3CONH2) en vele andere functionele groepen.

* zwavel (s): Zwavel kan waterstof in thiolen vervangen (bijv. Methanethiol, CH3SH) en thioethers (bijv. Dimethylsulfide, CH3SCH3).

* fosforus (P): Fosfor is te vinden in organofosforverbindingen, die belangrijk zijn in veel biologische systemen en industriële processen.

* metalen (bijv. Li, Mg, Cu): Hoewel minder gebruikelijk, kunnen metalen ook worden opgenomen in organische verbindingen, waardoor organometallische verbindingen worden gevormd. Deze verbindingen hebben verschillende toepassingen in organische synthese en katalyse.

De vervanging van waterstof door andere elementen beïnvloedt de chemische en fysische eigenschappen van de resulterende organische verbindingen aanzienlijk.