Τα καρβοξυλικά οξέα είναι μια μεγάλη ομάδα χημικών ενώσεων που έχουν όλες μια ορισμένη κοινή δομή, που αποτελείται από τα τρία πιο σημαντικά στοιχεία στη γη – άνθρακα, οξυγόνο και υδρογόνο. Αυτές οι διάφορες ενώσεις αποτελούν τα πιο άφθονα, φυσικά οργανικά οξέα. Η ελαφρώς τσιμπημένη ξινίλα των εσπεριδοειδών, όπως τα λεμόνια, προέρχεται από ένα παράδειγμα που ονομάζεται κιτρικό οξύ. Οι περισσότερες από τις ενώσεις είναι σχετικά απλές χημικά, και ως οξύ, αρκετά αδύναμα. Τα καρβοξυλικά οξέα από μόνα τους έχουν ζωτικής σημασίας χρήσεις, αλλά το πιο σημαντικό, είναι αρκετά εύκολο να διασπαστούν και να ανασυνδυαστούν με άλλες χημικές ενώσεις για τη δημιουργία πιο σύνθετων ουσιών.
Τα οξέα έχουν πάντα μια χημική υποδομή που αποτελείται από ένα άτομο άνθρακα και ένα άτομο υδρογόνου και δύο άτομα οξυγόνου που ονομάζονται καρβοξυλική ομάδα. Επίσης συνδεδεμένη με το άτομο άνθρακα είναι μια μεγάλη ποικιλία από οργανικά μόρια, μερικά αρκετά πολύπλοκα. Μπορεί επίσης να υπάρχουν περισσότερες από μία ομάδες καρβοξυλίου. Τα δικαρβοξυλικά οξέα έχουν δύο ενώ ένα τρικαρβοξυλικό οξύ έχει τρία και ορισμένα οξέα μπορεί να έχουν έως και 20 καρβοξυλικές ομάδες.
Ένα από τα χαρακτηριστικά των καρβοξυλικών οξέων που τα καθιστούν τόσο χρήσιμα για την οργανική ζωή είναι ότι διαλύονται εύκολα σε μεμονωμένα μόρια σε διαλύτες, συμπεριλαμβανομένου του νερού. Ακόμη και τα πιο περίπλοκα και επίμονα από αυτά είναι συνήθως διαλυτά σε διάλυμα αλκοόλης. Το τρικαρβοξυλικό κιτρικό οξύ είναι ένα κοινό συστατικό στα αναψυκτικά με σόδα και σε άλλα επεξεργασμένα τρόφιμα.
Ένα άλλο κοινό πρόσθετο τροφίμων είναι το οξικό οξύ στο ξύδι. Χρησιμοποιείται επίσης εμπορικά για να σταματήσει τις χημικές αντιδράσεις κατά την επεξεργασία του φωτογραφικού φιλμ. Σχεδόν το ήμισυ της παγκόσμιας προσφοράς οξικού οξέος, ωστόσο, μετατρέπεται χημικά σε οξικό βινύλιο, ένα από τα βασικά συστατικά σε κόλλες και χρώματα. Ομοίως με άλλες ενώσεις όπως το ακρυλικό οξύ, το οξικό βινύλιο μπορεί να υποστεί περαιτέρω χημική επεξεργασία σε πλαστικό.
Αυτή η ευελιξία των καρβοξυλικών οξέων προέρχεται από την ευκολία να σπάσουν οι χημικοί τους δεσμοί. Μια απόδειξη αυτού είναι το μοντέλο ηφαιστείου ενός παιδιού που περιέχει ένα μπουκάλι ξύδι. Όταν προστίθεται ένα κουταλάκι του γλυκού μαγειρική σόδα ή διττανθρακικό νάτριο, το μπουκάλι βγάζει βίαιες φυσαλίδες σε αφρό από νερό, διοξείδιο του άνθρακα και οξικό νάτριο. Οι άνθρωποι και τα περισσότερα άλλα ζώα αντλούν το μεγαλύτερο μέρος της ενέργειάς τους από την πέψη τροφής μέσω μιας σειράς χημικών αντιδράσεων που ονομάζονται «κύκλος κιτρικού οξέος».
Τα αμινοξέα είναι επίσης από τα πιο σημαντικά καρβοξυλικά οξέα της φύσης. Έχουν το παρατσούκλι «τα δομικά στοιχεία των πρωτεϊνών». Οι πρωτεΐνες, με τη σειρά τους, δημιουργούν τη σχεδόν άπειρη ποικιλία οργανικών ιστών, από τρίχες, δέρμα, καρδιά μέχρι φλοιό δέντρων. Οι επιστήμονες έχουν πάρει αυτό το σύνθημα, για να χρησιμοποιήσουν τα οξέα ή να τα κρύψουν χημικά σε μια τεράστια ποικιλία εφαρμογών. Αρώματα, βιομηχανικά λευκαντικά, συντηρητικά τροφίμων και φαρμακευτικά φάρμακα είναι μόνο μερικά ακόμη παραδείγματα.