Il carbonio è l'elemento chimico della tavola periodica degli elementi che ha come simbolo C e come numero atomico 6. È un elemento non metallico, tetravalente. L'atomo di carbonio nei composti con altri elementi o con sé stesso può presentarsi in una delle tre note forme di ibridizzazione (secondo la teoria degli orbitali atomici LCAO): sp³, sp² ed sp rispettivamente. Con esse il carbonio è in grado di coordinare rispettivamente altri 4, 3 e 2 atomi con angoli di legame approssimativamente di 109,5°, 120° e 180°. A seconda poi della simmetria delle autofunzioni molecolari complessive delle coppie di atomi che partecipano al legame, si avranno legami singoli, doppi o tripli.

Il carbonio ha molte forme allotropiche standard più una forma allotropica esotica:

Tali ibridizzazioni, componendosi in percentuali diverse possono dare vita a numerose forme allotropiche intermedie (come ad es. nei film nanostrutturati cluster assembled e nelle schwarziti). Il carbonio si trova in tutte le forme di vita organica ed è la base della chimica organica. Tale nonmetallo ha l'interessante caratteristica di essere in grado di legarsi con sé stesso e con una vasta gamma di elementi (producendo più di 10 milioni di composti). Unito all'ossigeno forma il biossido di carbonio che è assolutamente vitale per la crescita delle piante. Unito all'idrogeno forma vari composti chiamati idrocarburi che sono essenziali per l'industria in forma di combustibili fossili. Combinato a ossigeno e idrogeno forma vari gruppi di composti tra i quali gli acidi grassi, essenziali per la vita, e gli esteri, che danno il sapore a molti frutti. L'isotopo carbonio-14 è comunemente usato per la datazione radioattiva.