Η οργανική χημεία μελετά το τεράστιο πλήθος των οργανικών ενώσεων, δηλαδή ενώσεων οι οποίες αποτελούνται κυρίως από άνθρακα, υδρογόνο, και τις κατατάσσει σε τάξεις ανάλογα με τις ιδιότητες τους. Μία τέτοια τάξη αποτελούν οι υδρογονάνθρακες που σχηματίζονται αποκλειστικά από άνθρακα και υδρογόνο.  Ο αριθμός των ατόμων άνθρακα που έχει κάθε υδρογονάνθρακας καθορίζει αν θα είναι στερεός, υγρός ή αέριος. Η καύση τους παράγει μεγάλα ποσά θερμότητας και χρησιμοποιούνται κυρίως σαν καύσιμα. Το πετρέλαιο και το φυσικό αέριο αποτελούνται από μίγματα υδρογονανθράκων.

Το φυσικό αέριο αποτελείται κυρίως από μεθάνιο και μικρές ποσότητες άλλων αέριων υδρογονανθράκων. Το πετρέλαιο εξορύσσεται από την γη με τη μορφή του αργού πετρελαίου που είναι ένα μίγμα υγρών, αέριων και στερεών υδρογονανθράκων καθώς και άλλων προσμίξεων. Για να μπορέσει να χρησιμοποιηθεί ακολουθείται μια διαδικασία διύλισης που ονομάζεται κλασματική απόσταξη και από την οποίαν παραλαμβάνονται τα διάφορα κλάσματα του πετρελαίου όπως το μαζούτ και η βενζίνη. Από τα κλάσματα αυτά παράγεται πλήθος προϊόντων που ονομάζονται πετροχημικά. Μία μεγάλη κατηγορία είναι τα πολυμερή στην οποίαν ανήκουν τα πλαστικά.

Οι αλκοόλες είναι στην ουσία υδρογονάνθρακες που έχουν μία ή περισσότερες υδροξυλομάδες. Πιο γνωστές είναι η αιθανόλη και η μεθανόλη. Ένας τρόπος παραγωγής αιθανόλης είναι η αλκοολική ζύμωση, όπου ζυμομύκητες μετατρέπουν τα σάκχαρα σε αλκοόλη. Το ποσοστό όγκο κατ’ όγκο αιθανόλης σε ένα ποτό ονομάζεται αλκοολικός βαθμός. Τα αλκοολούχα ποτά μπορούν να παρασκευαστούν με απόσταξη και εκχύλιση.  

Οι υδατάνθρακες, οι πρωτεΐνες και τα λιπίδια ανήκουν στην ομάδα των βιομορίων. Οι υδατάνθρακες μπορεί να είναι απλοί όπως η γλυκόζη ή σύνθετοι οι οποίοι αποτελούνται από δύο μόρια υδατανθράκων όπως η λακτόζη, μέχρι και χιλιάδες όπως το άμυλο και η κυτταρίνη. Οι πρωτεΐνες είναι μεγάλες αλυσίδες που σχηματίζονται από 20 διαφορετικά αμινοξέα και διακρίνονται σε δομικές, όπως η μυοσίνη και η κερατίνη, και λειτουργικές, όπως η αιμοσφαιρίνη και τα ένζυμα. Τα λιπίδια είναι αδιάλυτα στο νερό και μπορούν να είναι στερεά – λίπη ή υγρά έλαια. Στους οργανισμούς απαντώνται και με την μορφή εστέρων όπως τα τριγλυκερίδια.