《構造大自然的基礎材料》（英語）一書寫道：「對於生命而言，沒有任何元素比碳元素更重要了。」由於其獨特的物理性質，碳元素可以和碳元素以及其他化學元素相結合，從而產生成千上萬的化合物。今天，科學家還在不斷地發現與合成新的碳化合物。

正如下面的例子顯示，碳原子也可以結合形成不同的形狀，包括鏈形、稜錐形、環形、片層狀和管狀。碳元素真的是不可思議的元素啊！

金剛石

構成金剛石的碳原子排列成稜錐形（正四面體），這種結構硬度極大，不易改變。因此，金剛石是目前已知的最堅硬的天然物質。本質上來講，一塊純天然的金剛石就是由碳原子組成的一個巨分子。

石墨

構成石墨的碳原子以片層狀排列：在同一層裡，碳原子緊密結合；但層與層之間的結合力卻較弱，很容易互相剝離，就像一疊紙中容易滑動錯開的紙張一樣。由於這一特性，石墨既是一種極佳的潤滑劑，又是鉛筆的一種重要成份。 a

石墨烯

碳原子以六角形網格狀（或蜂窩狀）結構排列形成的單層物質，就是石墨烯。它的拉伸強度是鋼鐵的數倍。一道鉛筆的畫痕，可能含有少量的單層或多層石墨烯。

 富勒烯

富勒烯的碳分子中心是空的，這些分子以不同的形狀呈現，包括微型球體和被稱為「納米管」的微型管狀。這些極其微小的分子，只能以納米（即1米的10億分之一）來度量。

活生命體

在碳水化合物、脂肪和氨基酸中，都能找到碳元素。可以說，組成動植物和人體的許多細胞，都是以碳元素為骨架構成的。