Węgiel występuje w środowisku naturalnym zarówno w postaci czystej, jak i związków. Najwięcej węgla zawarte jest w związkach organicznych w roślinach. Z nich powstały olbrzymie skupiska węgla kamiennego i brunatnego, a także ropa naftowa i gaz ziemny. Oprócz tego węgiel zawarty jest w takich związkach jak dwutlenek węgla CO2, czad CO, węglan wapnia CaCO3, węglan sodu NaCO3, kwas węglowy H2CO3.
Czysty węgiel występuje w trzech odmianach alotropowych: diament, grafit i fulereny. Jedynie diament i grafit występują naturalnie.
- Diament - krystaliczne ciało stałe, przezroczyste, nie przewodzące prądu elektrycznego, przewodzące ciepło. Diament to najtwardszy we Wszechświecie materiał. Występuje bardzo rzadko, jest najcenniejszym kamieniem szlachetnym. Stosowany jest w jubilerstwie, jako końcówki wierteł, do cięcia szkła oraz proszki ścierne.
- Grafit - Stalowoszare ciało stałe, przewodnik cieplny i elektryczny. W przeciwieństwie do diamentu jest bardzo miękki, może być stosowany do produkcji ołówków, elektrod, tygli stosowanych w laboratoriach, szczotek do silników oraz smarów i substancji antykorozyjnych.
