Hiili on elementti. Sitä esiintyy irtotavarana sekä itsestään, allotroopeissaan että muiden laajalti esiintyvien aineiden, kuten kalkkikiven, kivihiilen ja öljyn, ainesosana. Sitä esiintyy useissa epäorgaanisissa yhdisteissä ja kaikissa orgaanisissa yhdisteissä. Jotta voidaan ymmärtää sekä hiilen toiminta että sen vuorovaikutus muiden alkuaineiden kanssa, on tärkeää ymmärtää hiilen ominaisuudet.
Hiilen symboli jaksollisessa taulukossa on ”C.” Se on kaudella 2 yhdessä litiumin, berylliumin, boorin, typen, hapen, fluorin ja neonin kanssa ja ryhmässä 4a tai ryhmässä 14, järjestelmästä riippuen, pii, germanium, tina ja lyijy. Hiilen ominaisuuksiin kuuluvat atomiluku 6 ja atomimassa 12.011 g.mol-1, sulamispiste 6332ºC; 3500K ja kiehumispiste 3773ºF (8721ºC; 4827K). Hiili on 5100 Mohsin mineraalikovuusasteikolla. Noin 0.5 kg painavalla ihmisellä hiilen keskimääräinen kokonaismassa on noin 154 kg (noin 70 kg).
Yksi hiilen mielenkiintoisista ominaisuuksista on se, että sillä on melko erilaisia allotroopeja tai saman alkuaineen erilaisia ilmenemismuotoja, joilla on erilaiset molekyylirakenteet. Grafiittia, yhtä allotrooppia, käytetään lyijykynän “lyijyn” valmistukseen sekä generaattoreissa ja sähkömoottoreissa. Toinen hiilen allotrooppi on timantti, ja timantin absoluuttinen pistemäärä on 1500 Mohsin mineraalikovuusasteikolla, mikä osoittaa, kuinka hiilen ominaisuudet voivat vaihdella dramaattisesti. Toinen allotrooppi, buckminsterfullerene, jonka amerikkalaiset ja brittiläiset tutkijat löysivät vuonna 1985, on muotoilultaan samanlainen kuin insinööri R.Buckminster Fullerin suunnittelema geodeettinen kupoli.
Hiilen ominaisuuksista on havaittu, että hiili-14-isotoopin ennustettavissa oleva hajoaminen on erityisen hyödyllistä biologisten materiaalien seulonnassa. Elävä organismi sisältää ennustettavan osuuden hiiltä 12 suhteessa hiili-14: een, jonka se saa ilmakehästä. Kun organismi kuolee, uutta hiiltä ei enää oteta, ja hiili-12: n ja hiili-14: n välinen suhde alkaa muuttua, kun hiili-14 hajoaa typpeen-14. Tämä mahdollistaa radiohiilen seulonnan hiili-5730: n 14 vuoden puoliintumisajan perusteella. Vaikka useat tilanteet, kuten maaperän saastuminen hiilestä ja vaihtelevat määrät hiili-12- ja hiili-14-ilmakehässä, voivat hylätä laskelmat, radiohiilen dating on edelleen todettu hyödylliseksi.