Kolme elementtiä, jotka muodostavat yli 99 prosenttia orgaanisista molekyyleistä, ovat hiili, vety ja happi. Nämä kolme yhdistyvät muodostaen melkein kaikki elämän kannalta tarvittavat kemialliset rakenteet, mukaan lukien hiilihydraatit, lipidit ja proteiinit. Lisäksi typpi muodostaa pariksi näiden alkuaineiden kanssa myös tärkeän orgaanisen molekyylin nukleiinihappojen muodossa.
Hiili
Hiili on tärkein tekijä orgaanisten molekyylien muodostamisessa; todellakin, elämään maapallolla on viitattu "hiilipohjaisena", koska hiili on yleistä muodostettaessa organismeille välttämättömiä yhdisteitä. Hiili on niin yleistä orgaanisissa yhdisteissä, koska se kykenee muodostamaan jopa kuusi stabiilia sidosta muiden atomien kanssa; sen seurauksena hiili on usein keskellä molekyyliä, jolla on useita erilaisia atomeja, ja juuri tämä monimuotoisuus antaa elämän kukoistaa. Hiili muodostaa noin 10 prosenttia ihmiskehosta.
Vety
Vety on yleisin atomi maailmankaikkeudessa, ja se on myös yleisin alkuaine orgaanisissa molekyyleissä. Yksittäisen elektroniluonteensa takia vetyatomeja esiintyy suurina määrinä useissa orgaanisissa molekyyleissä, jotka toimivat usein yhteyspisteenä keskushiiliatomin ja muiden atomien välillä. Lisäksi vety muodostaa vahvan sidoksen hiileen, mikä antaa orgaaniselle molekyylille enemmän vakautta kuin keskimääräinen molekyyli. Happi muodostaa noin 63 prosenttia ihmiskehosta.
Happi
Happi on tärkeä osa orgaanisia molekyylejä, koska se, aivan kuten hiili, voi pitää useita erilaisia sidoksia (vaikkakaan ei samalla vahvuudella hiiltä, joten se ei normaalisti ole orgaanisen molekyylin keskellä) ja mikä tärkeintä, se lisää tarpeeksi vaihtelua muodostaakseen lähes loputtoman määrän molekyylejä. Hiili, vety ja happi muodostavat proteiineja, hiilihydraatteja (mikä on hiilen ja veden yhdistelmä) ja lipidejä, jotka ovat kaikki elämän kannalta välttämättömiä yhdisteitä. Happi muodostaa noin 26 prosenttia ihmiskehosta.
Typpi
Vaikka typpi ei ole läheskään yhtä yleistä kuin hiili, vety ja happi, typpi esiintyy erittäin tärkeässä tyyppisessä orgaanisessa molekyylissä, jota kutsutaan nukleiinihapoksi. Kaksi soluissa esiintyvää nukleiinihappotyyppiä ovat DNA ja RNA, jotka muodostavat solun geneettisen suunnitelman ja sisältävät kaikki koodatut tiedot, joita tarvitaan solun toimintaan ja lisääntymiseen. Typpi muodostaa noin yhden prosentin ihmiskehosta.