有四颗能够进行键合的电子，因此其化合价通常为4。自然产生的碳由三种同位素组成：C和C为稳定同位素，而C则具放射性，其半衰期约为5,730年。碳是少数几个自远古就被发现的元素之一（见化学元素发现年表）。碳的同素异形体有数种，最常见的包括：石墨、钻石及无定形碳。这些同素异形体之间的物理性质，包括外表、硬度、电导率等等，都具有极大的差异。在正常条件下，钻石、碳纳米管和石墨烯的热导率是已知材质中最高的。所有碳的同素异形体在一般条件下都呈固态，其中石墨的热力学稳定性最高。它们不易受化学侵蚀，甚至连氧都要在高温