Tri elementa koja čine preko 99 posto organskih molekula su ugljik, vodik i kisik. To se troje kombinira zajedno i stvara gotovo sve kemijske strukture potrebne za život, uključujući ugljikohidrate, lipide i proteine. Uz to, dušik, uparen s tim elementima, također stvara ključnu organsku molekulu u obliku nukleinskih kiselina.
Ugljik
Ugljik je najvažniji element u stvaranju organskih molekula; uistinu, život na Zemlji nazivan je "baziranim na ugljiku" zbog prevalencije ugljika u stvaranju esencijalnih spojeva za organizme. Ugljik je toliko raširen u organskim spojevima zbog njegove sposobnosti da tvori do šest stabilnih veza s drugim atomima; kao rezultat toga, ugljik je često u sredini molekule s nekoliko različitih atoma, i upravo ta raznolikost omogućuje život da cvjeta. Ugljik čini približno 10 posto ljudskog tijela.
Vodik
Vodik je najčešći atom u svemiru, a ujedno je i najčešći element u organskim molekulama. Zbog svoje jedinstvene elektronske prirode, atomi vodika javljaju se u velikim količinama u nekoliko organskih molekula, često djelujući kao spojna točka između središnjeg atoma ugljika i drugih atoma. Uz to, vodik tvori snažnu vezu s ugljikom, što daje veću stabilnost organskoj molekuli nego prosječna molekula. Kisik čini približno 63 posto ljudskog tijela.
Kisik
Kisik je presudan element u organskim molekulama jer, poput ugljika, može sadržavati nekoliko različitih veza (premda ne iste snage ugljik, stoga se obično ne nalazi u sredini organske molekule) i, što je važno, dodaje dovoljno raznolikosti da tvori gotovo beskonačnu količinu molekule. Ugljik, vodik i kisik tvore se proteini, ugljikohidrati (koji su kombinacija ugljika i vode) i lipidi, svi spojevi neophodni za život. Kisik čini približno 26 posto ljudskog tijela.
Dušik
Iako nije približno toliko rasprostranjen kao ugljik, vodik i kisik, dušik se pojavljuje u izuzetno važnoj vrsti organske molekule koja se naziva nukleinska kiselina. Dvije vrste nukleinskih kiselina koje se nalaze u stanicama su DNA i RNA, koje čine genetski nacrt stanice i sadrže sve kodificirane informacije potrebne za funkcioniranje i razmnožavanje stanice. Dušik čini približno 1 posto ljudskog tijela.