Hiili on yksi harvoista alkuaineista, jotka esiintyvät luonnossa natiivissa tai vapaassa alkumuodossaan. Hiilellä on useita muotoja, niin sanottuja allotrooppeja, jotka koostuvat puhtaista hiiliatomeista, mutta ovat järjestäytyneet erilaisiin kideristikoihin. Tällaisia muotoja ovat esimerkiksi kuusikulmainen grafiitti, romboedrinen grafiitti, timantti, buckminsterfullereeni ja amorfinen hiili (joka ei oikeastaan ole kiteinen muoto). Useimmat hiilen muodot, timanttia lukuun ottamatta, ovat väriltään mustasta harmaanmustaan. Riippuen grafiitin, amorfisen hiilen tai muiden epäpuhtauksien määrästä, timantti voi olla väriltään kirkkaasta vedenvalkoisesta mustan, harmaan, keltaisen, punaisen, oranssin, sinisen ja vihreän sävyjen kautta.
Puhdas hiili on suhteellisen reaktiivinen alkuaine, ja se yhdistyy suoraan moniin kemiallisiin alkuaineisiin, erityisesti sellaisiin, joita pidetään hapettimina. Hiilellä on erityisen voimakas affiniteetti happea kohtaan joko kaasumaisena happena tai muiden alkuaineiden kanssa kemiallisessa yhteydessä olevana happina. Sen kyky yhdistyä hapen kanssa tekee siitä voimakkaan ja hyödyllisen pelkistävän aineen (aine, joka luovuttaa elektroneja, jolloin pelkistettävän ionin tai atomin varaus pienenee). Esimerkkinä mainittakoon, että kiinteää hiiltä käytetään raudan pelkistämiseen oksidistaan (Fe+3:sta Fe0:ksi) masuunissa tai muissa vastaavissa prosesseissa, joissa metallisia alkuaineita pelkistetään niiden oksidimalmista.
Hiilen tärkein vaikutus ihmiskuntaan on se, että hiili on tuntemamme elämän perusrakennusaine. Jokainen kasvi, eläin ja kaikki siltä väliltä, joka on elossa, perustuu hiileen. Mikään elämänmuoto maapallolla ei ole ilman hiiltä rakenteessaan. Koko orgaanisen kemian tiede, joka on hiiliyhdisteiden tutkimusta, perustuu hiileen.