在烷烴分子中，碳原子的結構根據其直接相連的碳原子數量被定義為伯、仲、叔、季碳原子。伯碳原子，或一級碳原子，以其1°標識，僅與一個其他碳原子相連；仲碳原子，或二級碳原子，以2°表示，連接兩個相鄰的碳；叔碳原子，即三級碳原子，3°標記，與三個碳原子相連；而季碳原子，也就是四級碳原子，以4°命名，與四個碳原子直接相連。

自然界的碳元素主要由三種同位素組成：穩定的12C和13C，以及具有放射性的14C，后者自古至今就被發現，是生命的基礎元素。碳原子通常以四價存在，需要四個單電子，但基態只有兩個。為了充分利用這些電子，碳原子通常采用sp3雜化，將四個價電子均勻分布在四個等性雜化軌道中，這種雜化方式確保了成鍵的穩定性。

在金剛石中，所有的碳原子通過sp3雜化形成完全對稱的結構，僅包含穩定的σ鍵，沒有孤電子對的排斥，因此極為穩定。同樣，烷烴分子中的碳原子也遵循這種雜化方式，它們的化學性質和穩定性很大程度上取決于它們的碳鏈結構中的伯、仲、叔、季位置。