Todos los compuestos orgánicos contienen carbono. El carbono es tan importante para la estructura de las moléculas orgánicas que la química orgánica ha sido llamada estudio del carbono y sus compuestos. Otros elementos se incorporan fácilmente a las moléculas orgánicas, aunque la característica determinante de una molécula orgánica es la presencia o ausencia de átomos de carbono.
El carbono está inusualmente ansioso por formar enlaces con otros átomos, lo que lo hace ideal para construir las grandes moléculas utilizadas por los seres vivos. Para construir estas moléculas, el carbono comúnmente se une con hidrógeno, nitrógeno y oxígeno. Las moléculas orgánicas a veces pueden incorporar otros elementos como partes integrales de su estructura de trabajo. Un ejemplo de esto es la hemoglobina, que es un tipo de molécula orgánica llamada proteína. Específicamente, la hemoglobina es una metaloproteína, lo que significa que incorpora átomos de hierro en su sitio activo para capturar y transportar mejor el oxígeno en los glóbulos rojos.
Si bien todos los compuestos orgánicos se construyen alrededor del carbono, no todos los compuestos basados en carbono se consideran orgánicos. Por razones que tienen más que ver con la historia de la química que con las propiedades intrínsecas de las propias moléculas, el monóxido de carbono, el dióxido de carbono y el carburo de tungsteno no se clasifican como orgánicos, aunque contienen carbono unido a otros elementos.
