אין גבול מוחלט בין תרכובות אורגניות לא-אורגניות. הסיבה לכך שכימיה אורגנית הפכה לדיסציפלינה עצמאית בכימיה היא שלתרכובות אורגניות יש קשרים ותכונות פנימיות שלהן.
יסוד הפחמן בטבלה המחזורית משיג בדרך כלל תצורה אלקטרונית יציבה (כלומר, יוצר קשר קוולנטי) על ידי שיתוף אלקטרונים חיצוניים עם אטומים של יסודות אחרים. האופן שבו קשר קוולנטי זה נקשר קובע את תכונות התרכובת האורגנית. רוב התרכובות האורגניות מורכבות מפחמן, מימן, חנקן, חמצן, ומעטות מכילות גם הלוגנים ויסודות כמו גופרית, זרחן וחנקן. לכן, לרוב התרכובות האורגניות יש תכונות כמו נקודת התכה נמוכה, דליקות ומסיסות בממיסים אורגניים, השונות מאוד מהתכונות של תרכובות אנאורגניות.
במולקולת תרכובת אורגנית המכילה מספר אטומי פחמן, אטומי הפחמן מתחברים זה עם זה ויוצרים עמוד שדרה מולקולרי אליו מחוברים אטומים של יסודות אחרים. אין עוד יסוד בטבלה המחזורית שנקשר זה לזה בצורה חזקה כמו פחמן. ישנן צורות רבות של שלדים מולקולריים הנוצרים מאטומי פחמן, כולל ישרים, מסועפים, מחזוריים וכו'.
בשלב המוקדם של התפתחות הכימיה האורגנית, חומרי הגלם העיקריים של תעשיית הכימיה האורגנית היו גופים של בעלי חיים וצומח, והכימיה האורגנית חקרה בעיקר את ההפרדה של תרכובות אורגניות מגופי בעלי חיים וצמחים.
מאמצע המאה ה-19 ועד תחילת המאה ה-20, התעשייה הכימית האורגנית עברה בהדרגה לזפת פחם כחומר הגלם העיקרי. גילוי הצבעים הסינתטיים הוביל לפריחה של תעשיית הצבעים והתרופות, וקידם את חקר התרכובות הארומטיות והתרכובות ההטרוציקליות. לאחר שנות ה-30, הופיעה סינתזה אורגנית באמצעות אתילן כחומר גלם. בסביבות שנות ה-40 התחלפו בהדרגה חומרי הגלם של התעשייה הכימית האורגנית לנפט וגז טבעי, ופותחו תעשיית הגומי הסינטטי, הפלסטיק הסינטטי והסיבים הסינטטיים. כאשר משאבי הנפט עומדים להתרוקן, התעשייה הכימית האורגנית המשתמשת בפחם כחומר גלם עתידה להתפתח שוב. כמובן שבעלי חיים טבעיים, צמחים ומיקרואורגניזמים הם עדיין נושאי מחקר חשובים.
כדי לסכם את מושא המחקר של הכימיה האורגנית במשפט התמציתי ביותר, זה "איך יוצרים קשרי פחמן-פחמן". כימיה אורגנית היא הכימיה של פחמן, והתכולה של כימיה אורגנית היא, בלשון המעטה, המחקר של איך לבנות בניין (או בניין קטן) של אטומי פחמן. מכיוון שהמולקולות האורגניות שמועילות לאנשים הן בדרך כלל גדולות ומורכבות, וחומרי הגלם שאנשים יכולים להיפטר מהם ולהשיג בקלות הם לרוב קטנים ופשוטים.