Orgaaniset yhdisteet ovat hiilen monimutkaisia yhdisteitä. Koska hiiliatomit sitoutuvat helposti toisiinsa, useimpien orgaanisten yhdisteiden perusta koostuu hiiliketjuista, joiden pituus ja muoto vaihtelevat. Vety-, typpi- ja happiatomit ovat yleisimpiä atomeja, jotka ovat yleensä kiinnittyneet hiiliatomeihin. Jokaisen hiiliatomin valenssiluku on 4, mikä lisää muodostuneiden yhdisteiden monimutkaisuutta. Koska hiiliatomit voivat luoda kaksois- ja kolmoissidoksia muiden atomien kanssa, se lisää myös todennäköisyyttä orgaanisten yhdisteiden molekyylipohjaisen vaihtelun todennäköisyydestä.
Kaikki elävät olennot koostuvat monimutkaisista epäorgaanisten ja orgaanisten yhdisteiden järjestelmistä. Esimerkiksi luonnossa on monenlaisia orgaanisia yhdisteitä, kuten hiilivetyjä. Hiilivedyt ovat molekyylejä, jotka muodostuvat, kun hiili ja vety yhdistyvät. Ne eivät liukene veteen ja jakautuvat helposti. On myös aldehydejä-kaksoissidostetun happimolekyylin ja hiiliatomin molekyyliyhdistelmä.
Orgaanisia yhdisteitä on monia luokkia. Alun perin niiden uskottiin olevan peräisin vain elävistä organismeista. Kuitenkin 1800-luvun puolivälissä tuli selväksi, että ne voidaan luoda myös yksinkertaisista epäorgaanisista proteiineista. Silti monet orgaanisista yhdisteistä liittyvät elämän perusprosesseihin, kuten hiilihydraatit, proteiinit, nukleiinihapot ja lipidit.
Hiilihydraatit ovat hiilihydraatteja ja sisältävät sokereita. Niitä on melko paljon ja ne täyttävät useita rooleja eläville organismeille. Esimerkiksi hiilihydraatit ovat vastuussa energian varastoinnista ja kuljettamisesta, kasvien ja eläinten rakenteen ylläpitämisestä sekä immuunijärjestelmän toiminnan, veren hyytymisen ja lannoituksen auttamisesta – vain muutamia mainitaksemme.
Proteiinit ovat luokka orgaanisia yhdisteitä, jotka koostuvat hiilestä, vedystä, typestä ja hapesta. Proteiinit liukenevat veteen. Itse proteiini koostuu alayksiköistä, joita kutsutaan aminohapoiksi. Luonnossa on 20 erilaista aminohappoa – organismit voivat muuttaa ne yhdestä toiseen kaikkien paitsi kahdeksan aminohapon osalta.
Lipidit käsittävät luokan orgaanisia yhdisteitä, jotka eivät liukene veteen tai muihin polaarisiin liuottimiin; ne kuitenkin liukenevat orgaanisiin liuottimiin. Lipidit koostuvat hiilestä, vedystä, hapesta ja monista muista alkuaineista. Lipidit varastoivat energiaa, suojaavat sisäelimiä, eristävät kylmissä lämpötiloissa mm. Lipidit voidaan jakaa useisiin ryhmiin, jotka vaihtelevat triglyserideistä, steroideista, vahoista ja fosfolipideistä.
Nukleiinihapot ovat toinen orgaanisten yhdisteiden ryhmä. Ne ovat universaaleja kaikissa elävissä organismeissa. Itse asiassa niitä löytyy soluista ja viruksista. Jotkut ihmiset eivät ehkä pidä virusta elävänä olennona. Friedrich Miescher löysi nukleiinihapot vuonna 1871.