В основному стан атом вуглецю може бути двовалентним, утворюючи два ковалентні зв'язки по обмінному механізму при усуспільненні двох неспарених електронів.
атом вуглецю в органічних сполуках знаходиться у збудженому стані та його валентність дорівнює чотири. Кожен неспарений електрон атома вуглецю парується з неспареним електроном атома водню. Таким чином, атом вуглецю утворює чотири ковалентні зв'язки.
Виняток становить лише оксид вуглецю (II), в якому валентність атома вуглецю дорівнює трьом.
Вирішальну роль у створенні теорії валентності зіграв Фрідріх Август Кекуле У 1857 році він показав, що вуглець є чотириосновним (чотирихатомним) елементом, і його найпростішим з'єднанням є метан СН4.