Tất cả các hợp chất hữu cơ đều chứa cacbon. Cacbon rất quan trọng đối với cấu trúc của các phân tử hữu cơ đến mức hóa học hữu cơ được gọi là nghiên cứu về cacbon và các hợp chất của nó. Các nguyên tố khác dễ dàng kết hợp vào các phân tử hữu cơ, mặc dù đặc điểm quyết định của một phân tử hữu cơ là sự có mặt hay không có nguyên tử cacbon.
Carbon háo hức một cách bất thường để tạo liên kết với các nguyên tử khác, điều này khiến nó trở nên lý tưởng để tạo nên các phân tử lớn được sử dụng bởi các sinh vật sống. Để tạo ra các phân tử này, carbon thường liên kết với hydro, nitơ và oxy. Các phân tử hữu cơ đôi khi có thể kết hợp các nguyên tố khác như một phần không thể thiếu trong cấu trúc hoạt động của chúng. Một ví dụ về điều này là trong hemoglobin, là một loại phân tử hữu cơ được gọi là protein. Cụ thể, hemoglobin là một metalloprotein, có nghĩa là nó kết hợp các nguyên tử sắt vào vị trí hoạt động của nó để thu nhận và vận chuyển oxy tốt hơn trong các tế bào hồng cầu.
Mặc dù tất cả các hợp chất hữu cơ được xây dựng xung quanh cacbon, nhưng không phải tất cả các hợp chất dựa trên cacbon đều được coi là hữu cơ. Vì những lý do liên quan nhiều đến lịch sử hóa học hơn là các đặc tính nội tại của chính phân tử, cacbon monoxit, cacbon đioxit và cacbua vonfram không được phân loại là hữu cơ mặc dù chúng chứa cacbon liên kết với các nguyên tố khác.
