碳的存在形式是多种多样的,有晶态单质碳如金刚石、石墨；有无定形碳如煤；有复杂的有机化合物如动植物等；碳酸盐如大理石等.单质碳的物理和化学性质取决于它的晶体结构.高硬度的金刚石和柔软滑腻的石墨晶体结构不同,各有各的外观、密度、熔点等.
常温下单质碳的化学性质比较稳定,不溶于水、稀酸、稀碱和有机溶剂；不同高温下与氧反应,生成二氧化碳或一氧化碳；在卤素中只有氟能与单质碳直接反应；在加热下,单质碳较易被酸氧化；在高温下,碳还能与许多金属反应,生成金属碳化物.
化学符号：C
元素原子量：12.01
质子数：6
原子序数：6
周期：2
族：IVA
电子层分布：2－4
原子体积:4.58 cm3/mol
原子半径（计算值）：70（67）pm
共价半径：77 pm
范德华半径：170 pm
电子构型 ：1s22s22p2
电子在每能级的排布：2,4
氧化价（氧化物）：4,3,2（弱酸性）
颜色和外表：黑色（石墨）,无色（金刚石）
物质状态 ：固态
物理属性：反磁性
熔点：约为3550 ℃（金刚石）
沸点：约为4827 ℃（升华）
摩尔体积 ：5.29×10-6m3/mol
元素在太阳中的含量：(ppm) 3000
元素在海水中的含量：(ppm) 太平洋表面 23
元素在地壳中含量：（ppm）4800
莫氏硬度：石墨1-2 ,金刚石 10
氧化态：主要为-4,C+2,C+4 （还有其他氧化态）
化学键能：(kJ /mol) C-H 411 C-C 348 C=C 614 C≡C 839 C=N 615 C≡N 891 C=O 745 C≡O 1074
晶胞参数：a = 246.4 pm b = 246.4 pm c = 671.1 pm α = 90° β = 90° γ = 120°
电离能：(kJ/ mol) M - M+ 1086.2 M+ - M2+ 2352 M2+ - M3+ 4620 M3+ - M4+ 6222 M4+ - M5+ 37827 M5+ - M6+ 47270
单质密度：3.513 g/cm3(金刚石)、2.260 g/cm3(石墨,20 ℃)
电负性：2.55（鲍林标度）
比热：710 J/(kg·K)
电导率：0.061×10-6/(米欧姆)
热导率：129 W/(m·K) 第一电离能 1086.5 kJ/mol 第二电离能 2352.6 kJ/mol 第三电离能 4620.5 kJ/mol 第四电离能 6222.7 kJ/mol 第五电离能 37831 kJ/mol 第六电离能 47277.0 kJ/mol
成键：碳原子一般是四价的,这就需要4个单电子,但是其基态只有2个单电子,所以成键时总是要进行杂化.最常见的杂化方式是sp3杂化,4个价电子被充分利用,平均分布在4个轨道里,属于等性杂化.这种结构完全对称,成键以后是稳定的σ键,而且没有孤电子对的排斥,非常稳定.金刚石中所有碳原子都是这种以此种杂化方式成键.烷烃的碳原子也属于此类.
根据需要,碳原子也可以进行sp2或sp杂化.这两种方式出现在成重键的情况下,未经杂化的p轨道垂直于杂化轨道,与邻原子的p轨道成π键.烯烃中与双键相连的碳原子为sp 2杂化.由于sp2杂化可以使原子共面,当出现多个双键时,垂直于分子平面的所有p轨道就有可能互相重叠形成共轭体系.苯是最典型的共轭体系,它已经失去了双键的一些性质.石墨中所有的碳原子都处于一个大的共轭体系中,每一个片层有一个.