У більшості сполук, у тому числі в усіх органічних, атом вуглецю чотирьохвалентний за рахунок переходу в збуджений стан, у якому всі чотири електрони на зовнішньому рівні є неспареними.
Атом вуглецю в органічних сполуках перебуває у збудженому стані і його валентність дорівнює чотирьом. Кожен неспарений електрон атома вуглецю спаровується з неспареним електроном атома водню. Таким чином, атом вуглецю утворює чотири ковалентні зв’язки.
Виняток становить лише оксид вуглецю (II), у якому валентність атома вуглецю дорівнює трьом .
На зовнішньому шарі атома вуглецю містяться чотири валентні електрони, і до його завершення не вистачає чотирьох електронів.