L'elemento principale presente nel carbone è il carbonio. Il carbonio costituisce la maggior parte della materia organica che forma il carbone, mentre altri elementi come idrogeno, ossigeno, azoto e zolfo sono presenti anche in quantità minori. La percentuale di carbonio nel carbone può variare a seconda del grado del carbone, con i carboni di grado superiore che hanno un contenuto di carbonio più elevato. Ad esempio, il carbone antracite, che è il carbone di rango più alto, può contenere fino al 97% di carbonio, mentre la lignite, che è il carbone di rango più basso, può contenere meno del 70% di carbonio.