Uhlík je nekov. Niekedy sa hovorí, že medzi prvkami má kráľovské postavenie. Toto označenie nezískal preto, že je ho v prírode najviac, ale preto, že vytvára veľké množstvo anorganických a omnoho väčšie množstvo organických zlúčenín a je základnou zložkou každého živého organizmu. Tieto zlúčeniny sa nachádzajú v litosfére, hydrosfére i atmosfére. V nerastnej ríši je uhlík viazaný najmä v uhličitanoch, z ktorých niektoré sú veľmi rozšírené, ako napr. vápenec CaCO3, magnezit MgCO3, dolomit CaCO3.MgCO3.
Na uhlík mimoriadne bohatými látkami v litosfére sú rôzne druhy uhlia. Inými, technicky významnými látkami s veľkým obsahom uhlíka sú ropa a zemný plyn. Tieto suroviny sú nielen zdrojom energie, ale aj základnou surovinou pre petrochemický priemysel. Premenou ropy sa vytvoril na niektorých miestach asfalt.
Vieme, že v atmosfíre je uhlík prítomný ako oxid uhličitý CO2 (priemerne 0,03 objemových %). Tento sa tiež podieľa na fotosyntéze. Oxid uhličitý je rozpustený aj vo všetkých prírodných vodách, hlavne minerálne vody ho obsahujú vo zvýšenej miere.
V litosfére sa elementárny uhlík nachádza v dvoch alotropických modifikáciách, ako diamant a tuha (grafit). V diamante, ktorý kryštalizuje v kubickej sústave, sú uhlíkové atómy usporiadané tetraedricky, viazané pevnými väzbami. Veľká pevnosť väzieb spôsobuje jeho mimoriadnu tvrdosť (je najtvrdšou prírodnou látkou, 10. člen Mohsovej stupnice tvrdosti). Kryštály diamantu sú bezfarebné a priehľadné alebo aj rôzne zafarbené. Bezfarebné a priehľadné alebo aj rôzne zafarbené. Bezfarebné diamanty (ale niekedy i farebné) majú vysoký index lomu (asi 2,42), ktorý zvyšuje vnútorný odraz a lesk v brúsenom materiály, preto sa používajú na výrobu šperkov, briliantov. Diamanty však majú aj priemyslový význam. Nepriesvitné druhy slúžia na rezanie kovov a kameňov, drobnejšie ako brusivo. Diamanty drobných rozmerov sa dajú vyrobiť z tuhy pri teplote 2500 až 3000 °C a pri veľmi vysokom tlaku.
Tuha má vrstevnatú štruktúru, s vrstvami vzdialenými od seba 0,340 nm. Atómy uhlíka tvoria pravidelnú hexagonálnu sieť, v ktorej dĺžka väzby medzi uhlíkovými atómami je 0,142 nm. Každý atóm uhlíka je v tejto štruktúre viazaný ku trom ďalším atómom tej istej vrstvy. Toto usporiadanie dovoľuje ľahké kĺzanie vrstiev atómov po sebe. Tuha je na rozdiel od diamantu mäkká (tvrdosť v Mohsovej stupnici je 0,5 až 1) a ľahko štiepateľná pozdĺž vrstiev. Má široké praktické opotrebenie, ale jej prírodné zásoby sú obmedzené. Preto sa vyrába aj priemyselne, a to napr. z koksu za prítomnosti kremíka v elektrickej peci. Tuha je jediný známy materiál, ktorého mechanické vlastnosti sa zlepšujú so stúpajúcou teplotou. Preto sa používa napr. na výrobu liacich foriem, žiaruvzdorných materiálov, ceruziek, náterov, grafitových blokov v jadrových reaktoroch atď.
Chemici pripravili formy uhlíka nevyskytujúce sa v prírode. Predovšetkým ide o rozklad rôznych organických zlúčenín pri zahrievaní za neprístupu vzduchu alebo za jeho obmedzeného prístupu. Podľa použitej suroviny ako i spôsobu spracovania vznikajú rôzne formy uhlíka s rôznymi prímesamy: koks, drevené uhlie, kostné uhlie, živočíšne uhlie, sadze, retortné uhlie, grafitové vlákna. Takto získané niektoré formy uhlíka s mimoriadne nepravidelnou štruktúrou a veľkým povrchom sa vyznačujú veľkou adsorpčnou schopnosťou a používajú sa na zachytávanie rôznych plynov, na čistenie plynov alebo kvapalín a do filtrov ochranných masiek. Sadze sa používajú ako katalyzátor pri vulkanizácii koučuku a ako plnidlo.
Zaujímavá forma uhlíka sa zistila pri elektrolytických reakciách tuhy. V tejto forme uhlíka sú uhlíkové atómy pospájané podobne ako obal futbalovej lopty do päťčlenných a šesťčlenných kruhov. Je ich viac ako sto. Podľa tohoto usporiadania sa volajú ako futbaleny alebo furuleny.