Атом вуглецю в органічних сполуках знаходиться у збудженому стані та його валентність дорівнює чотирьом. Кожен неспарений електрон атома вуглецю парується з неспареним електроном атома водню. Таким чином, атом вуглецю утворює чотири ковалентні зв'язки.
Завдяки підсумовуванню енергій однієї s- та трьох р-орбіталей атом вуглецю утворює чотири рівноцінні sр3-атомні орбіталі, спрямовані по осях тетраедра (sр3-гібридизація). Перекриття таких орбіталей з 1s-орбіталями атомів водню призводить до утворення чотирьох σ-молекулярних орбіталей (1б).
Причина цього багатобразію в тому, що атоми вуглецю здатні: 1) з'єднуватися один з одним у ланцюги різної будови: відкриті (нерозгалужені, розгалужені), замкнуті: 2) утворювати не тільки прості (одинарні), а й кратні (подвійні, потрійні) зв'язки: 3) утворювати міцні зв'язки майже з будь-яким іншим елементом.
атом вуглецю має три рівноцінні σ-зв'язкурозташовані в одній площині під кутом 120° один до одного. p-орбіталь, що не бере участі в гібридизації, розташована перпендикулярно площині σ-зв'язків, використовується для утворення π-зв'язку з іншими атомами