我们都有这样的经验与认识：能结合在一起的对象之间都具有较强的作用力。太阳系是个整体，从未破裂，那是因为行星与太阳之间有强烈的引力：磁铁与铁块吸附在一起，那是因为有磁力。原子结合成分子也是这样，分子内的原子之间存在强烈的相互作用。古希腊哲学家认为，原子都是带钩子的球体，原子和原子相遇时，发生钩连，从而牢固地结合。这是基于生活经验的假设，是对既有事实的朴素解释。
　　现在我们把原子之间强烈的相互作用称为化学键，也就是说，原子是靠化学键相互结合在一起的。如果是阴、阳离子形成的化学键就称为离子键，如我们熟悉的食盐氯化钠(NaCl)、生石灰氧化钙(CaO)等：如果是原子则以共价键结合，如我们熟悉的水(H₂O)、二氧化碳(CO₂)、甲烷(CH₄，沼气的主要成分)等。
　　在所有的元素原子中，碳原子可以形成的化学键几乎最多，也差不多最牢固。有了这样的认识，也就能够推测：含有碳元素的物质种类最多，其分子结构也最为复杂。事实正是如此，现在我们知道，所有的有机物都含有碳元素。世界上的物质95％是有机物(来自于动植物)，5％是无机物(来自于矿物)。俗话说：开门七件事，柴米油盐酱醋茶。这七种物质中除盐之外，其他物质的主要成分都是有机物。
　　每个碳原子可以形成4个化学键，而且碳原子之间可以形成牢固的链状。这两个重要的结论都是由德国著名的化学家凯库勒提出的。如果只考虑碳链，并认为碳链是直线形，这就是一维结构。最初，化学家认为最简单的有机物甲烷是平面正方形结构f碳原子处于中心，4个氢原子处于4个顶点)，这就是二维结构。后来，很多新发现的有机物及其性质都不能用二维结构来解释，进而引入合理的三维结构，就成功地解释了原来无法解释的有机物。
　　
　　常见的多原子直线形分子有二氧化碳(CO₂)、乙炔(C₂H₂)等。
　　最著名的平面形分子是苯，苯的分子式是C₆H₆，分子结构见本刊2010年7—8月号第91页。最著名的三维结构是甲烷的正四面体分子结构，如图1。荷兰化学家范霍夫(如图2)于1874年提出的碳键的正四面体结构学说成功地解释了有机物的旋光异构现象，也解释了二氯甲烷没有异构体的事实。现在，从最简单的甲烷分子到最复杂的蛋白质分子，如果要对它们进行结构分析，都离不开碳键的正四面体构型这一概念。范霍夫因其巨大贡献获得1901年首届诺贝尔化学奖。后来，美国著名化学家鲍林(图3)用杂化轨道理论解释了碳键四面体构型的成因。
　　在化学中，二维结构与三维结构的完美结合是足球烯C₆₀结构，如图4。C₆₀中60个碳原子形成32个面，合拢成球体，其中12个为正五边形，20个为正六边形，由于形似足球，故被发现者命名为足球烯。