Les propriétés mécaniques, telles que la malléabilité et la ductilité, ne s'appliquent pas aux atomes isolés d'un élément, car les propriétés mécaniques surviennent lorsque les atomes se lient. Le type, la force et l'orientation de ces liaisons résultantes déterminent les propriétés mécaniques de la matière.
La liaison covalente carbone-carbone entre deux atomes de carbone implique la participation d'un, deux ou trois électrons de chaque atome. Les liaisons carbone-carbone simples résultent le plus souvent lorsque deux atomes de carbone s'hybrident chacun et partagent leurs orbitales sp3. Des liaisons simples entre les atomes de carbone peuvent également résulter d'autres hybridations orbitales moins courantes, telles que l'hybridation sp2. L'énergie approximative d'une seule liaison carbone-carbone est de 80 kilocaries par mole.
Deux atomes de carbone peuvent également créer une double liaison via deux orbitales sp2 hybridées et deux orbitales p non hybridées. L'énergie moyenne de la liaison résultante est de 140 kilocaries par mole.
Ces valeurs sont exceptionnellement élevées en comparaison avec d'autres énergies de liaisons élémentaires, telles que 38,4 kilocaries par mole pour les liaisons azote-azote et 35 kilocaries par mole pour les liaisons oxygène-oxygène. Le carbone est également capable de caténation, la formation de longues chaînes continues de ses propres atomes. La force de liaison interatomique élevée et la capacité de caténation du carbone lui confèrent différentes formes de propriétés mécaniques exceptionnelles. Les nanotubes de carbone ont un module de Young théorique de 1 tétrapascal et des résistances à la traction comprises entre 11 et 63 gigapascals. La nature covalente et la directionnalité des liaisons carbone-carbone limitent la malléabilité et la ductilité des allotropes du carbone.
