Łańcuchy węglowodorowe w węglowodorach są formowane za pomocą szeregu wiązań kowalencyjnych pomiędzy atomami węgla oraz węgla i wodoru. Łańcuchy te mogą zawierać różną liczbę wiązań pojedynczych, podwójnych i potrójnych (patrz Hybrydyzacja) (Rys. 1(A)); dla uproszczenia atomy H w łańcuchach węglowodorów zostały pominięte). Na tej podstawie można wyróżnić trzy ogólne klasy węglowodorów alifatycznych (z greckiego "aleiphar" oznacza "tłuszcz"; otrzymane w XIX w. w wyniku chemicznej degradacji tłuszczów lub olejów). Należą do nich, odpowiednio, alkany, alkeny i alkiny (nazywane też alkynami). Na Rys. 2 przedstawiono najprostsze ich przykłady. Łańcuchy węglowodorowe mogą być długie lub krótkie. Na przykład, etan ma tylko dwa atomy węgla w cząsteczce (Rys. 1(B)), natomiast dekan ma dziesięć atomów węgla. Łańcuchy zwierające większą liczbę atomów węgla mogą tworzyć struktury liniowe lub rozgałęzione, co przedstawiono na Rys. 1(D). Różnorodność struktur węglowodorowych wynika także z możliwości tworzenia pierścieni (węglowodory cykliczne). Pierścienie o różnych rozmiarach mogą zawierać gałęzie lub zawierać wiązania podwójne (Rys. 1(C)). Pierścienie zawierające naprzemiennie występujące wiązania pojedyncze i podwójne, zwane pierścieniami aromatycznymi, są wyjątkowo stabilne i przyjmują kształt płaski (Rys. 1(E)). Wchodzą one w skład arenów (otrzymane w XIX w. w wyniku chemicznej degradacji niektórych przyjemnie pachnących ekstraktów roślinnych). Rys. 2 przedstawia przykłady najprostszych węglowodorów (Właściwości związków organicznych-Szereg homologiczny) należących do wyżej wspomnianych klas związków.

 
Powyższa klasyfikacja węglowodorów pozwala na powiązanie cech strukturalnych z właściwościami związków, jakkolwiek nie wymaga przypisania konkretnego węglowodoru do jednej rodziny związków. W rzeczywistości cząsteczki węglowodorów zawierają jednostki strukturalne charakterystyczne dla dwóch lub więcej rodzin węglowodorów. Na przykład, węglowodór zawierający zarówno podwójne wiązanie węgiel-węgiel, jak i pierścień benzenowy, wykazuje pewne właściwości charakterystyczne dla alkenów, a inne właściwości charakterystycznych dla arenów.

Alkany są nazywane nasyconymi węglowodorami, podczas gdy alkeny, alkiny i węglowodory aromatyczne są uważane za nienasycone węglowodory.