Carbon is een van de weinige elementen die in de natuur voorkomt in zijn oorspronkelijke of vrije elementaire vorm. Er zijn een aantal vormen van koolstof, bekend als allotropen, die zijn samengesteld uit zuivere koolstofatomen, maar zijn gerangschikt in verschillende kristalroosters. Enkele van deze vormen zijn hexagonaal grafiet, rhombohedraal grafiet, diamant, buckminsterfullerene, en amorfe koolstof (niet echt een kristallijne vorm). De meeste vormen van koolstof, met uitzondering van diamant, zijn zwart tot grijs-zwart van kleur. Afhankelijk van de hoeveelheid grafiet, amorfe koolstof, of andere verontreinigende elementen, kan diamant worden gevonden in kleuren variërend van helder waterwit tot schakeringen van zwart, grijs, geel, rood, oranje, blauw, en groen.
Pure koolstof is een relatief reactief element en combineert direct met veel chemische elementen, vooral die als oxiderende agentia worden beschouwd. Koolstof heeft een bijzonder sterke affiniteit met zuurstof, hetzij in de vorm van gasvormige zuurstof, hetzij als zuurstof in een chemische verbinding met andere elementen. Door zijn vermogen om zich met zuurstof te verbinden is het zowel een krachtig als een nuttig reductiemiddel (een stof die elektronen afstaat waardoor de lading van het ion of atoom dat gereduceerd wordt, vermindert). Zo wordt vaste koolstof gebruikt om ijzer uit zijn oxide (Fe+3 tot Fe0) te reduceren in de hoogoven of andere soortgelijke processen waarbij metaalelementen uit hun oxide-ertsen worden gereduceerd.
De belangrijkste invloed van koolstof op de mensheid is het feit dat koolstof de basisbouwsteen is van het leven, zoals wij dat kennen. Elke plant, elk dier en alles daartussenin dat leeft, is gebaseerd op koolstof. Geen enkele vorm van leven op aarde is zonder koolstof in zijn structuur. De hele wetenschap van de organische chemie, die de studie van koolstofverbindingen is, is gebaseerd op koolstof.