Orgaaninen kemian perustuu hiiliatomin ainutlaatuiseen kykyyn  muodostaa sidoksia toisten hiiliatomien kanssa, jolloin syntyy hiiliketjuja ja rengasrakenteita. Hiiliatomit muodostavat kestäviä kovalenttisia sidoksia epämetallien kanssa (H, O, Cl, N). Pii ja germanium kuuluvat jaksollisessa järjestelmässä samaan pääryhmään kuin hiili, mutta niiden väliset sidokset ovat heikkoja.

Hiilen uloimmalla kuorella on neljä elektronia ja hiili voi muodostaa neljä yksinkertaista sidosta, kaksi yksinkertaista sidosta ja yhden kaksoissidoksen tai yhden kolmoissidoksen ja yhden yksinkertaisen sidoksen.