Hoewel andere elementen aanwezig kunnen zijn, is de koolstof-waterstofbinding is de fundamentele bouwsteen van alle organische moleculen. Deze binding is veelzijdig en maakt de vorming van een grote verscheidenheid aan complexe structuren mogelijk, waardoor de organische chemie ongelooflijk divers is.

Dit is waarom koolstof zo speciaal is:

* Tetravalentie: Koolstof heeft vier valentie-elektronen, waardoor het vier bindingen kan vormen met andere atomen, waaronder waterstof.

* Flexibiliteit van de hechting: Koolstof kan enkele, dubbele en drievoudige bindingen vormen, die bijdragen aan de diverse vormen en functionaliteiten van organische moleculen.

* Kettingvorming: Koolstofatomen kunnen zich in lange ketens met elkaar verbinden, waardoor complexe structuren zoals polymeren ontstaan.

* Ringvorming: Koolstof kan stabiele ringen vormen, die essentieel zijn in veel organische moleculen zoals suikers en aromatische verbindingen.

Deze combinatie van kenmerken zorgt ervoor dat koolstof de ruggengraat kan zijn van een breed scala aan moleculen, waaronder koolhydraten, lipiden, eiwitten, nucleïnezuren en talloze andere vitale biomoleculen.