Orgaaniset yhdisteet ovat kemikaaleja, joiden molekyylit sisältävät hiiltä. Ei ole yleisesti hyväksyttyä, tarkempaa määritelmää “orgaaniselle”, mikä tekee orgaanisten yhdisteiden ominaisuuksien määrittelemisestä vaikeampaa. Nykyään “orgaaniset yhdisteet” viittaavat yleisimmin yhdisteisiin, jotka sisältävät merkittäviä määriä hiiltä, vaikka ne voidaan määritellä löysämmin siten, että ne sisältävät kaikki hiiltä sisältävät molekyylit tai tarkemmin ottaen vain molekyylit, jotka sisältävät hiili-hiili- tai hiili-vety-sidoksia.
Orgaaninen-epäorgaaninen ero on jonkin verran mielivaltainen ja se on suurelta osin johdettu teoriasta nimeltä vitalismi, jonka mukaan elävien olentojen biokemialliset prosessit sisältävät lisäenergiaa tai -voimaa, jota ei ole läsnä elottomassa aineessa esiintyvissä kemiallisissa prosesseissa. Tämä ehdotti ajatusta siitä, että elävien olentojen biologiaan liittyvät aineet eroavat siksi muista aineista tavalla, joka ylittää niiden fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet ja muodostaa erityisryhmän, joka eroaa muista aineista. Vitalismi ei ole enää yleisesti hyväksytty teoria, ja moderni biokemia selittää biologiset prosessit ja orgaanisten yhdisteiden ominaisuudet samojen fysikaalisten lakien mukaisesti, jotka säätelevät muita kemiallisia reaktioita, mutta luokka “orgaaninen” on edelleen käytössä, vaikka nykyään termi sisältää myös yhdisteiden määrä, joita ei esiinny elävissä olennoissa.
On olemassa valtava määrä erilaisia orgaanisia yhdisteitä, joilla on erilaiset ominaisuudet ja jotka on jaettu pienempiin alaluokkiin koostumuksensa tai funktionaalisten ryhmiensä koostumuksen perusteella ja joilla on yleensä samanlaisia ominaisuuksia. Joillakin luomulaatuilla on mielenkiintoisia ominaisuuksia, joita ihmiset kohtaavat usein jokapäiväisessä elämässään. Hiilivedyt, luokka, joka sisältää rakenteeltaan alkaanien, alkeenien ja areenien molekyyliryhmät, koostuvat kokonaan vedystä ja hiilestä ja vapauttavat paljon energiaa palaessaan, mikä tekee hiilivedyistä, kuten propaanista, butaanista ja oktaanista arvokkaita polttoaineen lähteet. Toinen orgaanisten molekyylien tyyppi, joita kutsutaan estereiksi, muodostaa kasvi- ja eläinöljyjä ja -rasvoja.
Yksi orgaanisten yhdisteiden tärkeistä ominaisuuksista on rakenneyksiköiden, joita kutsutaan funktionaalisiksi ryhmiksi, läsnäolo. Nämä ovat atomiryhmiä molekyylissä, joka on liitetty muuhun molekyyliin kovalenttisella sidoksella funktionaalisen ryhmän atomin ja hiiliatomin välillä molekyylin päärungossa. Orgaanisella molekyylillä voi olla monia funktionaalisia ryhmiä, ja nämä ovat suurelta osin vastuussa koko molekyylin kemiallisista ominaisuuksista, koska tietty funktionaalinen ryhmä käyttäytyy suunnilleen samalla tavalla riippumatta siitä, minkä suuremman molekyylin se on kiinnittänyt kohteeseen. Orgaaniset molekyylit luokitellaan ja nimetään usein niiden funktionaalisten ryhmien luonteen mukaan.
Orgaanisten molekyylien koko vaihtelee suuresti. Yksi orgaanisten yhdisteiden tärkeistä ominaisuuksista, jotka tekevät niistä niin tärkeitä biologiassa, tulee siitä tosiasiasta, että hiiliatomit voivat sitoutua toisiinsa muodostaen hiiliatomiketjuja peräkkäin tai silmukassa, ja lisäatomeja on sidottu joihinkin hiiliatomeihin. Monet identtiset kopiot yksittäisistä rakenneyksiköistä, joita kutsutaan monomeereiksi, jotka koostuvat hiiliatomirivistä, joka on kytketty yhteen muiden atomien kanssa, joita kutsutaan sivuryhmiksi, voidaan yhdistää toisiinsa muodostaen pitkiä toistuvia ketjuja, joita kutsutaan polymeereiksi.
Orgaaniset yhdisteet eivät ole ainutlaatuisia niiden kyvyssä tehdä tämä, mutta hiili sopii siihen erityisen hyvin. Yhdellä orgaanisella polymeerimolekyylillä voi olla satoja toistuvia rakenneyksiköitä, ja monimutkaisemmilla polymeereillä voi olla erilliset haarat, jotka irtoavat keskiketjusta ja muodostavat kemiallisia sidoksia muiden polymeeriketjujen kanssa yhden molekyylin luomiseksi. Jotkut orgaaniset yhdisteet koostuvat suurista rakenteista, joita kutsutaan makromolekyyleiksi.