Kohlenstoff ist ein polyvalentes Element, das in Werkstoffen in verschiedenen Hybridisierungen (sp, sp2, sp3) und Allotropen wie Diamant, Graphit, Graphen oder amorphem Kohlenstoff auftritt. Er bildet Karbide, Polymere und organische Gerüste. In Stählen steuert er Härte und Martensitbildung, in Kohlenstoffnanoröhren und -fasern bestimmt er elektrische und mechanische Hochleistungseigenschaften. Bindungszustand und Mikrostruktur sind entscheidend für Leitfähigkeit und Reaktivität.