De oorzaak dat koolstof stabiel is met 4 bindingen moet gezocht worden in de elektronenstructuur van koolstofhet element. Koolstof bezit in normale toestand 6 [[elektron]]en, waarvan 4 [[Valentie-elektron|valentie-elektronen]], die zich in orbitalen bevinden. De elektronenconfiguratie van deze valentie-elektronen is als volgt: 2s<sup>2</sup>2p<sup>2</sup>. Dit betekent dat er 2 elektronen in het ''p''-orbitaal zitten. Dat is [[Kwantummechanica|kwantummechanisch]] gezien niet stabiel (de twee elektronen in het kleine ''s''-orbitaal stoten elkaar af door tegengestelde [[Wet van Coulomb|Coulombkrachten]]) en daardoor zal een elektron uit het ''s''-orbitaal naar het ''p''-orbitaal verhuizen. Dit vereist een hoeveelheid energie, waar tegenover de winst staat van de kleinere afstoting, omdat de elektronenconfiguratie dan 2s<sup>1</sup>2p<sup>3</sup> wordt en beide orbitalen half gevuld zijn. Men spreekt dan over [[Hybridisatie (scheikunde)|gehybridiseerde sp<sup>3</sup>-orbitalen]]. Deze toestand is energetisch gezien gunstiger. Wanneer koolstof dan uiteindelijk 4 bindingen aangaat (met [[Waterstof (element)|waterstof]] tot [[methaan]] bijvoorbeeld), dan komt daarbij een grote hoeveelheid energie vrij ([[exotherme reactie]]), die ruimschoots de benodigde energie voor de hybridisatie compenseert.
Echter, indien koolstof een valentie-elektron mist (een zogenaamd [[carbokation]]), zal het deeltje niet meer stabiel zijn en dus veel reactiever, omdat het opnieuw naar de stabiele toestand wil gaan. Inderdaad: een carbokation is een kortlevend en [[reactief intermediair]] in chemische reacties, dat snel reageert met [[nucleofiel]]en om dit elektronentekort ongedaan te maken en te streven naar een energetisch gunstiger toestand. Koolstof bereikt op dat moment de [[Octetregel|octetstructuur]], wat als de meest stabiele toestand voor dit [[atoom]] wordt beschouwd.
