Det kemiske grundstof, der findes i alle organiske molekyler, er kulstof (C). Kulstof er et ikke-metallisk grundstof, der har den unikke evne til at danne kovalente bindinger med andre kulstofatomer såvel som med en række andre grundstoffer, såsom brint, oxygen, nitrogen og svovl. Disse bindinger danner rygraden i alle organiske molekyler og giver anledning til den enorme mangfoldighed og kompleksitet af organiske forbindelser, der findes i levende organismer. Kulstofs alsidige bindingsegenskaber, sammen med dets evne til at danne stabile tetraedriske strukturer, gør det essentielt for strukturen og funktionen af proteiner, lipider, kulhydrater og nukleinsyrer, som er livets fundamentale molekyler.