주기율표 제14족에 속하는 원소. 고대부터 알려져 있는 원소로 홑원소물질[單體]로서는 비결정성 탄소, 흑연(석묵), 다이아몬드의 세 가지의 동소체로서 산출된다. 흑연이 알려진 것은 중세에 이르러서였으며, 보석으로 사용되어온 다이아몬드가 탄소라는 사실은 1772년 A.L.라부아지와 1814년 H.데이비 등의 실험에 의해서 확인되었다. 다이아몬드라는 이름은 이 이상 굳은 것은 없다는 것으로부터 정복되지 않는다는 뜻의 그리스어 adamas에서 유래되었으며, 흑연 graphite는 오래 전부터 필기도구로 사용된 사실로부터 쓴다는 뜻의 그리스어 grafein에서 유래되었다. 탄소 carbon은 고트어의 hauri를 어원으로 한다고 알려져 있으며, 또 연소를 뜻하는 산스크리트의 jval에서 유래된다고도 알려져 있다.

 <존재> 천연으로 광범위하게 존재하며 주로 탄산염으로서 수성암 중에, 이산화탄소(탄산가스)로 대기 중 또는 천연수 중에 함유되어 있다. 또 유기화합물로서도 생물권(生物圈)의 중요한 구성성분이다. 홑원소물질로서의 산출은 비교적 적다. 또 무연탄은 대부분 비결정성탄소로 이루어져 있으나 석탄은 유리탄소와 함께 탄소화합물을 함유한다. 탄소 이외의 원소로 이루어진 화합물이 약 2만 5000종이 알려져 있는 데 비해서 탄소화합물은 30만 종에 이른다. 이것은 탄소원자에 특별한 성질이 있어 사슬 모양이나 고리 모양으로 결합하고 4가로 복잡한 연결을 나타내기 때문이다. 유기화합물, 즉 탄소화합물은 그 종류가 많은 데서 이것을 연구하는 화학을 유기화학으로 무기화학과 구별하고 있다.

 <성질> 다이아몬드는 무색 투명한 등축정계(等軸晶系)의 결정이며 보통 정팔면체이다. 굳기는 물질 중 가장 높다. 이른바 다이아몬드광택을 가지며 때로는 불순물 때문에 황·적·등·녹·청·흑색 등의 빛깔을 띤다. 굴절률도 높아 2.417이고, 분산능도 높다. 보통 인광을 발한다. 공기를 차단하고 2000 ℃로 가열하면 흑연으로 변한다. 또 마찬가지로 공기를 차단하고 700∼900 ℃에서 연소시키면 이산화탄소가 된다. 산·알칼리 등의 화학약품에는 대단히 안정하다. 흑연은 금속광택을 가진 흑색, 육방정계(六方晶系)의 결정이다. 보통은 육각판상, 비늘 모양, 알맹이 모양 등이며, 모두 쪼개짐[劈開性]이 있다. 굳기는 1∼2로서 무르다. 상당한 전도성을 나타낸다. 화학적으로는 다이아몬드보다 다소 활성이 있으며, 공기 중에서는 500∼600 ℃ 이상에서 착화하여 연소한다. 분말을 진한 황산과 진한 질산으로 처리하면 흑연산이라고 하는 녹갈색의 액체가 된다. 비결정성탄소는 흑색의 분말인데, 단 아주 미세한 흑연의 결정으로 이루어져 있으며 흑연의 불완전한 형태라고 말할 수 있다. 원자배열도 흑연과 같으며 액체나 유리만큼은 흩어져 있지 않다. 입자는 다공성이며 크기나 모양이 다를 뿐이다. 각종 용매에 녹지 않으며 화학적으로 안정하지만 흑연보다는 활성이 강하다. 산소·황에 적열온도(赤熱溫度)에서 작용하여 각각 이산화탄소와 이산화황이 된다. 고온에서는 더 반응하기 쉬워지며 많은 원소들과 직접 반응한다. 예를 들면, 수소와 반응해서 아세틸렌을 생성하고, 규소와 반응해서 카보런덤을 생성하며, 리튬·칼슘·철·알루미늄 등과도 탄화물을 만든다. 또 환원작용이 있고 많은 산화물로부터 산소를 빼앗아 일산화탄소나 이산화탄소로 된다. 코크스·목탄·수탄(獸炭) 등도 비결정성탄소에 속한다.

 <제조법> 순수한 탄소를 고온·고압에서 처리한 다이아몬드가 제조되고 있으나, 아직 극히 미세한 입자의 것밖에 만들지 못하고 있다. 흑연은 무연탄·피치 등에 소량의 모래 및 산화철을 혼합하고 아크로(爐) 안에서 4,100 ℃로 가열하여 얻고 있다. 비결정성탄소는 유기물의 불완전 연소에 의해서 얻어지며 탄화수소를 열분해해서 수소를 제거한 후에 카본블랙으로 얻어진다. 소량은 설탕 등의 탄수화물을 진한 황산 등으로 탈수(脫水)하여 얻을 수 있다.

 <용도> 다이아몬드는 보석으로 사용되고, 굳기가 큰 것을 이용해서 각종 시추기 등의 선단에 이용된다. 이 용도에는 잠정질(潛晶質)의 볼트나 흑다이아 또는 카르보나드 같이 품질이 낮은 것들이 이용된다. 또 흑연은 원자로 감속제(減速劑)·전기분해용 전극·도가니·연필·감마제(減摩劑) 등에 사용된다. 비결정성탄소는 각각 모양·성질에 따라 연료나 그 밖의 용도가 있다. 분말인 것은 흡착제로서 중요하며, 미립자의 카본블랙은 안료·인쇄잉크·고무의 충전제 등에 사용된다.

 <동위원소> 탄소는 질량 10, 11, 12, 13, 14의 5종류가 있다. 질량수 12의 것이 보통 존재하는 안정한 동위원소이지만, 13의 것도 안정하고 탄소원소 중에 1.108부피 %의 비율로 존재한다. 그 밖의 것은 불안정하며 미량으로 존재하지만 질량수 14와 11의 탄소는 추적자로 사용된다. 특히 질량수 14의 탄소는 반감기 5750년의 β선을 방사하기 때문에 미라 등의 생성연대를 추정하는 고고학 등에 이용된다.