Существует ряд чистых форм этого элемента, включая графит, алмаз, фуллерены и графен.

Алмаз – это бесцветное, прозрачное, кристаллическое твердое вещество и самый твердый из известных материалов. Графит черный и блестящий, но мягкий. Наноформы, фуллерены и графен, выглядят как черные или темно-коричневые, похожие на сажу порошки. Углерод уникален среди всех элементов своей способностью образовывать прочно связанные цепи, запечатанные атомами водорода. Эти углеводороды, добываемые естественным путем в виде ископаемого топлива (уголь, нефть и природный газ), в основном используются в качестве топлива. Небольшая, но важная фракция используется в качестве сырья для нефтехимической промышленности, производящей полимеры, волокна, краски, растворители, пластмассы и т.д. Нечистый углерод в виде древесного угля (из древесины) и кокса (из каменного угля) используется при выплавке металлов. Особенно это важно в черной металлургии. Графит используется в карандашах, для изготовления кистей в электродвигателях и в футеровке печей. Активированный уголь используется для очистки и фильтрации. Он содержится в респираторах и кухонных вытяжках. Углеродное волокно находит множество применений в качестве очень прочного, но легкого материала. В настоящее время он используется в теннисных ракетках, лыжах, удочках, ракетах и самолетах. Промышленные алмазы используются для резки горных пород и бурения. Алмазные пленки используются для защиты таких поверхностей, как бритвенные лезвия. Недавнее открытие углеродных нанотрубок, других фуллеренов и тонких в атомы листов графена произвело революцию в разработке аппаратного обеспечения в электронной промышленности и в нанотехнологиях в целом.