Las propiedades mecánicas, como la maleabilidad y la ductilidad, no se aplican a átomos individuales de ningún elemento porque las propiedades mecánicas surgen cuando los átomos se unen. El tipo, la fuerza y la orientación de estos enlaces resultantes determinan las propiedades mecánicas de la materia.
El enlace covalente carbono-carbono entre dos átomos de carbono implica la participación de uno, dos o tres electrones de cada átomo. Los enlaces carbono-carbono individuales se producen con mayor frecuencia cuando dos átomos de carbono se hibridan y comparten sus orbitales sp3. Los enlaces simples entre los átomos de carbono también pueden resultar de otras hibridaciones orbitales menos comunes, como la hibridación sp2. La energía aproximada de un solo enlace carbono-carbono es de 80 kilocaries por mol.
Dos átomos de carbono también pueden formar enlaces dobles a través de dos orbitales sp2 hibridados y dos orbitales p no hibridados. La energía promedio del enlace resultante es de 140 kilocaries por mol.
Estos valores son excepcionalmente altos en comparación con otras energías de enlace elementales, como 38.4 kilocaries por mol para enlaces nitrógeno-nitrógeno y 35 kilocaries por mol para enlaces oxígeno-oxígeno. El carbono también es capaz de la catenación, la formación de largas cadenas continuas de sus propios átomos. La alta resistencia de enlace interatómico y la capacidad de catenación del carbono le dan diferentes formas de propiedades mecánicas excepcionales. Los nanotubos de carbono tienen un módulo teórico de Young de 1 resistencia tetrapascal y de tracción entre 11 y 63 gigapascales. La naturaleza covalente y la direccionalidad de los enlaces carbono-carbono limitan la maleabilidad y la ductilidad de los alótropos de carbono.
