Το στοιχείο άνθρακας είναι ένα μη μεταλλικό υλικό που περιέχει έξι ηλεκτρόνια. Ο άνθρακας, μια μορφή άνθρακα, χρησιμοποιείται από την προϊστορική εποχή. Το όνομα άνθρακας προέρχεται από τη λατινική λέξη carbo που σημαίνει κάρβουνο. Ο άνθρακας μπορεί να βρεθεί σε οργανικά υλικά όπως φυτά και ζώα, και σε ανόργανα υλικά όπως ορυκτά και μεταλλεύματα. Ο στοιχειακός άνθρακας αναφέρεται στις ανόργανες μορφές άνθρακα που μπορούν να βρεθούν σε κρυσταλλικές και άμορφες μορφές.
Οι κρυσταλλικές μορφές έχουν στοιχειακά άτομα άνθρακα διατεταγμένα σε κανονικό σχέδιο ενώ τα άτομα άνθρακα σε άμορφες μορφές δεν έχουν κανονικά σχέδια. Οι δύο κρυσταλλικές μορφές στοιχειακού άνθρακα είναι τα διαμάντια και ο γραφίτης. Η κρυσταλλική δομή του διαμαντιού σχηματίζεται από κάθε άτομο άνθρακα που δημιουργεί έναν ομοιοπολικό δεσμό μοιράζοντας ένα ζεύγος ηλεκτρονίων με τέσσερα άλλα άτομα άνθρακα. Οι ομοιοπολικοί δεσμοί είναι οι ισχυρότεροι χημικοί δεσμοί που γνωρίζει η ανθρωπότητα. Τα διαμάντια είναι οι πιο σκληρές γνωστές ουσίες και οι λιγότερο πτητικές με σημείο τήξης 6,242°F (3,550°C).
Η κρυσταλλική δομή του γραφίτη σχηματίζεται από άτομα άνθρακα που δημιουργούν σφιχτούς εξαγωνικούς δεσμούς με άλλα άτομα στο ίδιο επίπεδο και έναν πιο χαλαρό δεσμό μεταξύ ατόμων σε διαφορετικά επίπεδα. Ένας χαλαρός δεσμός μεταξύ των επιπέδων κάνει τον γραφίτη πολύ μαλακό και επιτρέπει στον γραφίτη να χρησιμοποιείται ως λιπαντικό. Σε αντίθεση με τα διαμάντια, ο γραφίτης είναι καλός ηλεκτρικός αγωγός.
Πριν από το 1955, όλα τα διαμάντια προέρχονταν από φυσικά κοιτάσματα. Το 1955, εργαστηριακές δοκιμές απέδειξαν ότι η εφαρμογή υψηλής πίεσης και θερμοκρασίας στον γραφίτη παρουσία καταλύτη θα μπορούσε να δημιουργήσει συνθετικά διαμάντια. Τα συνθετικά διαμάντια χρησιμοποιούνται κυρίως για βιομηχανικούς σκοπούς.
Ο άμορφος άνθρακας δημιουργείται όταν ένα υλικό που περιέχει άνθρακα καίγεται χωρίς αρκετό οξυγόνο για να επιτραπεί η πλήρης καύση. Ο προκύπτων μαύρος άνθρακας μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη δημιουργία πυρήνων μπαταριών ξηρής κυψέλης, μελανιών, χρωμάτων και αποτελεί κρίσιμο στοιχείο στην κατασκευή προϊόντων από καουτσούκ. Ο μαύρος άνθρακας είναι επίσης το υποπροϊόν των δασικών πυρκαγιών και της ανεπαρκούς καύσης καυσίμων σε αυτοκίνητα, εργοστάσια παραγωγής και ηλεκτροπαραγωγής με βάση τον άνθρακα. Το καύσιμο ντίζελ δημιουργεί περισσότερο μαύρο άνθρακα από τη βενζίνη κατά την καύση. Ο μαύρος άνθρακας μπορεί να προκαλέσει προβλήματα τόσο στην υγεία όσο και στο περιβάλλον.
Ένα λεπτόκοκκο σωματίδιο που μπορεί να προκαλέσει προβλήματα υγείας είναι ο άμορφος στοιχειακός άνθρακας. Το άσθμα και η χρόνια βρογχίτιδα έχουν συνδεθεί με τον μαύρο άνθρακα και υπάρχουν κάποιες ενδείξεις ότι ο μαύρος άνθρακας ή η αιθάλη μπορεί να αυξήσουν τον κίνδυνο για εμφύσημα και καρκίνο του πνεύμονα. Ο μαύρος άνθρακας είναι επίσης ένας παράγοντας στην κλιματική αλλαγή. Δεδομένου ότι ο μαύρος άνθρακας παραμένει στην ατμόσφαιρα για εβδομάδες αντί για τον αιώνα που κάνει το διοξείδιο του άνθρακα, η μείωση των εκπομπών μαύρου άνθρακα θεωρείται ως ένας από τους ταχύτερους τρόπους για πιθανή μείωση των επιπτώσεων της παγκόσμιας κλιματικής αλλαγής.