元素碳在室温下化学性质不活泼，不溶于水、稀酸、稀碱和有机溶剂。在不同温度下与氧气反应生成二氧化碳或一氧化碳；在卤素中，只有氟能与元素碳直接反应；在加热下，元素碳容易被酸氧化；在高温下，碳也能与许多金属反应生成金属碳化物。
一般碳原子都是四价的，需要四个单电子，但是它们的基态只有两个单电子，所以成键的时候总是需要杂化。最常见的杂化方式是sp3杂化，四个价电子被充分利用，均匀分布在四个轨道上，所以属于同杂化。这种结构是完全对称的，成键后是稳定的σ键，没有孤电子对的排斥，非常稳定。金刚石中的所有碳原子都是以这种混合方式结合的。烷烃的碳原子也属于这一类。
