Les trois éléments qui composent plus de 99% des molécules organiques sont le carbone, l'hydrogène et l'oxygène. Ces trois éléments se combinent pour former presque toutes les structures chimiques nécessaires à la vie, y compris les glucides, les lipides et les protéines. De plus, l'azote, lorsqu'il est associé à ces éléments, forme également une molécule organique cruciale sous la forme d'acides nucléiques.
Carbone
Le carbone est l'élément le plus essentiel dans la formation des molécules organiques; en effet, la vie sur Terre a été qualifiée de « à base de carbone » en raison de la prévalence du carbone dans la formation de composés essentiels pour les organismes. Le carbone est si répandu dans les composés organiques en raison de sa capacité à former jusqu'à six liaisons stables avec d'autres atomes; en conséquence, le carbone est souvent au milieu d'une molécule avec plusieurs atomes différents, et c'est cette diversité qui permet à la vie de s'épanouir. Le carbone représente environ 10 pour cent du corps humain.
Hydrogène
L'hydrogène est l'atome le plus commun dans l'univers, et est également l'élément le plus commun dans les molécules organiques. En raison de sa nature électronique singulière, les atomes d'hydrogène sont présents en grande quantité dans plusieurs molécules organiques, agissant souvent comme un point de liaison entre l'atome de carbone central et d'autres atomes. De plus, l'hydrogène forme une liaison forte avec le carbone, ce qui donne plus de stabilité à une molécule organique qu'une molécule moyenne. L'oxygène représente environ 63 pour cent du corps humain.
Oxygène
L'oxygène est un élément crucial dans les molécules organiques car, tout comme le carbone, il peut contenir plusieurs liaisons différentes (mais pas avec la même force de carbone, donc il n'est normalement pas au milieu d'une molécule organique) et, surtout, il ajoute suffisamment de variété pour former une quantité presque infinie de molécules. Le carbone, l'hydrogène et l'oxygène se combinent pour former des protéines, des glucides (qui est une combinaison de carbone et d'eau) et des lipides, tous des composés essentiels à la vie. L'oxygène représente environ 26 pour cent du corps humain.
Azote
Bien qu'il ne soit pas aussi répandu que le carbone, l'hydrogène et l'oxygène, l'azote apparaît dans un type extrêmement important de molécule organique appelée acide nucléique. Les deux types d'acides nucléiques présents dans les cellules sont l'ADN et l'ARN, qui constituent le plan génétique de la cellule et contiennent toutes les informations codifiées nécessaires au fonctionnement et à la reproduction de la cellule. L'azote représente environ 1% du corps humain.