Атоми Карбону відрізняються від атомів інших елементів тим, що здатні утворювати стійкі хімічні зв'язки один з одним. Вони можуть зв'язуватися у ланцюги різної довжини. Ланцюги бувають лінійними і розгалуженими. Атоми Карбону сполучаються також у цикли різної величини.
Між атомами Карбону можуть утворюватися одинарні, подвійні і потрійні зв'язки .
Молекули органічних речовин складаються, зазвичай, з атомів неметалів, тому в них присутні ковалентні зв'язки. Число ковалентних зв'язків, які утворює атом, визначає його валентність.
В основі органічної хімії лежить теорія хімічної будови органічних речовин О. М. Бутлерова.
Її основні положення:
Атоми у молекулах органічних речовин сполучені у певному порядку, згідно з їх валентністю.
Карбон в органічних сполуках завжди є чотирьохвалентним, Оксиген — двохвалентним, а Гідроген і галогени — одновалентними:
Властивості речовин залежать не лише від складу молекул, але і від порядку сполучення атомів у них, тобто від хімічної будови.
Розглянемо друге положення на прикладі речовини, що має склад: .
Склад речовин однаковий, проте порядок сполучення атомів у них різний. У молекулі першої речовини атоми Хлору сполучені з різними атомами Карбону, а у молекулі другої — з одним. Властивості речовин відрізняються. Так, температура кипіння першої речовини — \(–96,7\) °С, а другої — \(–42,0\) °С.
При складанні структурних формул органічних речовин спочатку записують символи Карбону, сполучаючи їх між собою; потім з урахуванням чотиривалентності атому Карбону записують символи інших елементів.
Структурна формула вуглеводню, що складається з трьох атомів Карбону і восьми атомів Гідрогену, будується наступним чином:
