Theo Khoa Sinh học tại Đại học Indiana Đông Nam, tất cả bốn trong số các phân tử sinh học chính đều chứa carbon. Điều này bao gồm axit nucleic, lipid, carbohydrate và protein. Tất cả bốn phân tử sinh học này đều là những phân tử lớn và phức tạp tận dụng khả năng cho các nguyên tử cacbon tạo thành chuỗi dài.
Ngay cả những sinh vật đơn bào đơn giản cũng vô cùng phức tạp khi so sánh với những sinh vật không sống, chẳng hạn như đá hoặc khoáng chất. Theo đó, các phân tử phức tạp được yêu cầu để giữ cho chúng hoạt động. Carbon hoạt động như một "xương sống" hiệu quả cho các phân tử như vậy, bởi vì carbon liên kết dễ dàng với nhiều nguyên tử khác và có thể tạo thành chuỗi dài. Những chuỗi dài này liên kết với các nguyên tố khác, chẳng hạn như oxy, hydro, nitơ, phốt pho và lưu huỳnh, để tạo ra bốn loại phân tử sinh học chính.
Lipid giúp sinh vật hình thành cấu trúc bảo vệ, cấu tạo màng tế bào và cung cấp năng lượng cho nhiều quá trình trao đổi chất. Protein là các phân tử sinh học có cấu trúc quan trọng được sinh vật sử dụng để xây dựng cơ bắp và là nguồn thực phẩm khẩn cấp. Ngoài ra, cùng với lipid, protein đóng một vai trò trong việc xây dựng màng tế bào. Axit nucleic giữ thông tin di truyền cho một sinh vật dưới dạng phân tử DNA và RNA. Carbohydrate chủ yếu đóng vai trò là nguồn cung cấp năng lượng cho sinh vật, nhưng chúng cũng đóng vai trò cấu trúc và bảo vệ thực vật khi chúng ở dạng cellulose.
