Trong hóa học, định nghĩa truyền thống về một chất hữu cơ là bất kỳ phân tử chứa cacbon nào được tìm thấy trong cơ thể sống. Từ đó, định nghĩa này đã được sửa đổi để bao gồm hydro và các nguyên tố cơ bản khác của sự sống, chẳng hạn như oxy và nitơ.
Các nhà khoa học trước đây coi nguyên tử cacbon là nguyên tố chính của sự sống do đặc tính liên kết độc đáo của nó cho phép nguyên tố này kết hợp với bốn nguyên tử khác. Đặc tính này giúp cacbon có thể tạo thành các chất phức tạp vốn dĩ được tìm thấy trong tất cả các loại sinh vật. Tuy nhiên, việc phát hiện ra các hợp chất cacbon trong vật chất không sống đã khiến các nhà khoa học phải xác định lại ý nghĩa của từ "hữu cơ".
Bốn phân tử sinh học hữu cơ thiết yếu có trong cơ thể sống được phân thành bốn nhóm chính: carbohydrate, protein, lipid và axit nucleic. Các phân tử này được cấu tạo chủ yếu từ các nguyên tố cacbon, hydro, nitơ, oxy, lưu huỳnh và phốt pho. Carbohydrate, chẳng hạn như glucose và tinh bột, là nguồn năng lượng hữu dụng chính thúc đẩy các quá trình sống quan trọng. Các khối xây dựng của carbohydrate được gọi là monosaccharide. Protein được xây dựng từ các axit amin, ví dụ phổ biến của chúng bao gồm các hormone và enzym. Lipid, bao gồm dầu và mỡ, được sử dụng để dự trữ năng lượng. Các hợp chất này là thành phần chính trong màng tế bào. Axit nucleic, chẳng hạn như axit deoxyribonucleic hoặc DNA, mang mã di truyền của một sinh vật.
