Węgiel jest niemetalem należącym do czternastej grupy układu okresowego. Jego liczba atomowa (liczba porządkowa, liczba protonów w jądrze) wynosi 6, natomiast masa atomowa to 12,011. Ma on symbol C (łac. carboneum). Węgiel jest ciałem stałym, które nie rozpuszcza się w kwasach, zasadach i wodzie. Nie ma smaku i zapachu. Pierwiastek ten ulega sublimacji bez stopienia w temperaturze 3652°C. Węgiel występuje w trzech odmianach alotropowych, które mają różne właściwości fizyczne, chemiczne oraz budowę krystaliczną. Odmianami alotropowymi węgla są diament, grafit i fullereny.
Diament jest bardzo twardy. Czysty diament jest bezbarwny. Posiada on silny połysk. W wysokich temperaturach przechodzi w grafit. Jest odporny chemicznie. Oszlifowane diamenty, zwane brylantami, są najcenniejszymi kamieniami szlachetnymi. Diamenty występują w RPA, Indiach, Wenezueli i Australii. Wykorzystywane są w wiertnictwie, do obróbki szkła, skał i ceramiki oraz jako materiały ścierne.
Grafit jest miękkim łupliwym szarym lub czarnym ciałem stałym. Jest tłusty w dotyku. Dobrze przewodzi ciepło i prąd. Jest odporny na działanie wysokich temperatur i czynników chemicznych. Główne złoża tego minerału znajdują się na Madagaskarze, Sri Lance, Meksyku, Ukrainie, Szwecji, Austrii. Znalazł on zastosowanie do wyrobu tygli chemicznych, elektrod, ołówków, tuszów, farb, w reaktorach jądrowych oraz jako suchy smar.
Fullereny nie występują naturalnie w przyrodzie. Ich nazwa pochodzi od nazwiska amerykańskiego konstruktora Fullera. Fullereny zawierają bardzo duże ilości atomów węgla. Największa zaobserwowana cząsteczka ma 960 atomów.
Węgiel jest dobrze rozpowszechniony w przyrodzie, gdzie spotykany jest zarówno w stanie wolnym jak i związanym. Węgiel w stanie wolnym występuje jako dwa minerały: grafit oraz diament, natomiast związkami węgla spotykanymi w przyrodzie są węglany i dwutlenek węgla. Węgiel jest także składnikiem węgli kopalnych oraz ropy naftowej i gazu ziemnego. Węgle kopalne w zależności od zawartości pierwiastka węgla można podzielić na: węgiel kamienny, węgiel brunatny, antracyt, torf i szungit. Węgiel w temperaturze pokojowej jest nieaktywny pod względem chemicznym. W podwyższonej temperaturze łączy się z tlenem dając tlenki węgla: CO i CO2. Z pierwiastkami metalicznymi w odpowiednio dobranych warunkach tworzy węgliki. Węgiel z siarką w wysokiej temperaturze daje siarczek węgla.
Liczba związków chemicznych, w skład których wchodzi węgiel jest ogromna i przewyższa liczbę związków pozostałych pierwiastków (z wyjątkiem wodoru). Jest to związane z faktem, że atomy węgla mogą łączyć się ze sobą i tworzyć długie proste bądź rozgałęzione łańcuchy oraz pierścienie. Kolejną przyczyną tak dużej ilości związków węgla jest możliwość tworzenia wiązań podwójnych i potrójnych między atomami tego pierwiastka.
Węgiel i związki węgla stanowią bardzo ważne surowce chemiczne i energetyczne. Promieniotwórczy izotop węgla 14C stosowany jest w badaniach biochemicznych oraz pełni ważną rolę w określaniu wieku różnych przedmiotów (datowanie radiowęglowe).
