Ta powszechność w połączeniu z różnorodnością związków organicznych czyni pierwiastek chemiczny węgiel chemiczną podstawą życia.
Charakterystyka thumb|180px|left|Rozmieszczenie elektronów na powłokach w atomie węgla Różne odmiany alotropowe węgla wykazują bardzo różne właściwości: na przykład diament jest najtwardszą naturalnie występującą substancją, grafit jedną z substancji o najmniejszej twardości. Ponadto węgiel ma powinowactwo do tworzenia wiązań chemicznych z innymi małymi atomami, w tym z innymi atomami węgla, oraz tworzenia wielu wiązań kowalencyjnych z tymi atomami, w wyniku czego związki zawierające w swojej strukturze węgiel stanowią znaczną część wszystkich znanych związków – ich liczba dochodzi do dziesięciu milionów. Węgiel ma także najwyższą temperaturę topnienia ze wszystkich pierwiastków. Przy ciśnieniu atmosferycznym nie występuje w stanie ciekłym, lecz podczas ogrzewania sublimuje w temperaturze 3852 °C; jego punkt potrójny występuje przy ok. 10,3 MPa (102 atm). Niezależnie od odmian alotropowych pozostaje ciałem stałym w wyższych temperaturach, niż metale o najwyższych temperaturach topnienia (wolfram i ren).