El carbono es el elemento central de toda la vida orgánica y de la ciencia moderna de materiales. A temperatura ambiente existe como grafito, diamante, carbono amorfo y fullerenos, con una gama enorme que va de lo extremadamente blando a lo extremadamente duro y densidades que oscilan entre unos 1,8 g/cm³ (carbono amorfo) y 3,5 g/cm³ (diamante). Su papel industrial más fundamental y mayoritario es el de elemento de aleación en el acero: la diferencia entre el arrabio y el acero es esencialmente una cuestión de contenido de carbono, pues cuanto más carbono tiene, más duro es el acero, y cuanto menos, más tenaz, de modo que la siderurgia es, en esencia, la eliminación oxidativa controlada del exceso de carbono del arrabio. Más allá del acero, el carbono aporta energía y refuerzo a toda la industria metalúrgica, química y del caucho en forma de coque, carbón y negro de humo.
En energía, el grafito es el material anódico dominante de las baterías de ion-litio y de sodio-azufre y determina su capacidad y su vida de ciclado. El carbón activado, con su enorme superficie específica, se usa en el tratamiento de aguas, las máscaras antigás, la purificación de gases de combustión y la decoloración de alimentos. La fibra de carbono ofrece una resistencia específica muy superior a la del acero y se emplea en palas de aerogeneradores, fuselajes de avión, cuadros de bicicleta y recipientes a presión, ejemplo del aligeramiento de alta gama. El diamante es el material natural más duro y se usa en herramientas de corte, muelas, brocas e hileras de trefilar de alta precisión; el diamante sintético y el nitruro de boro cúbico se han convertido en materiales base de las herramientas del mecanizado y la labra de piedra modernos. En la vida diaria dependen de él las minas de lápiz, las pilas secas, el carbón de barbacoa, las tintas de imprenta y el negro de humo de los neumáticos.
El dióxido de carbono (CO2), o anhídrido carbónico, se usa ampliamente en bebidas carbonatadas, extintores, gas de protección en soldadura y fertilización en invernaderos; el hielo seco se emplea en el transporte en cadena de frío, el humo de escena y la limpieza de moldes, y el gas ocupa un lugar central en el debate mundial sobre el clima. El monóxido de carbono (CO) es el principal componente combustible del gas de agua y del gas pobre, actúa como importante agente reductor de minerales de hierro, cobre y níquel en metalurgia, y es la materia prima para la síntesis de metanol, fosgeno y numerosos compuestos carbonílicos. El carbonato de calcio (CaCO3), conocido como caliza, mármol y calcita, es la materia prima principal del cemento, el vidrio y la cal viva, y también una carga inorgánica barata y de gran volumen en papel, plásticos y recubrimientos. El carbonato de sodio (Na2CO3), o sosa, es uno de los productos químicos alcalinos más consumidos en la fabricación de vidrio, la cocción de pasta de papel, el jabón y los detergentes, y el tratamiento de aguas residuales.
