Secara luas senyawa organik diklasifikasikan ke dalam kelas berikut:
Senyawa rantai terbuka
Senyawa ini mengandung sistem rantai terbuka dari atom karbon. Rantai dapat berupa rantai lurus (tidak bercabang) atau bercabang. Senyawa rantai terbuka juga disebut senyawa alifatik. Alifatik berasal dari bahasa Yunani aleiphar yang berarti lemak, sebagaimana senyawa ini sebelumnya diperoleh dari lemak hewani atau nabati, atau memiliki sifat seperti lemak.
Contoh senyawa rantai lurus:
CH 3-CH 2-CH 2-CH3 CH 3-CH 2-CH 2-CH2-OH H2C=CH2
Senyawa rantai tertutup
Senyawa ini mengandung satu atau lebih rantai tertutup (cincin) dan dikenal sebagai senyawa siklik atau cincin. Terdiri dari dua jenis:
Senyawa Homosiklik
Senyawa-senyawa di mana cincin hanya terdiri dari atom karbon disebut senyawa homosiklik. Senyawa homosiklik atau senyawa karbosiklik dibagi lagi menjadi senyawa alisiklik dan senyawa aromatik.
Senyawa alisiklik
Sebuah cincin beranggota tiga atau lebih atom karbon menyerupai senyawa alifatik seperti dalam senyawa homosiklik disebut senyawa alisiklik. Hidrokarbon alisiklik jenuh memiliki rumus umum Cn H2n. Contoh senyawa alisiklik adalah siklopropana, siklobutana, sikloheksana.
Senyawa aromatik
Senyawa ini mengandung cincin benzena yaitu sebuah cincin dari enam atom karbon dengan ikatan ganda dan tunggal yang berselang-seling. Disebut senyawa aromatik karena banyak dari mereka yang memiliki bau yang harum.
Senyawa heterosiklik
Ketika lebih dari satu jenis atom berada dalam satu senyawa cincin, mereka dikenal sebagai senyawa heterosiklik. Dalam senyawa ini umumnya satu atau lebih atom unsur seperti nitrogen ‘N’, oksigen ‘O’, atau sulfur ‘S’ ada di dalam cincin. Atom selain karbon yaitu N, O atau S yang ada dalam cincin disebut heteroatom. Senyawa heterosiklik dengan lima dan enam atom disebut sebagai heterosiklik beranggota lima dan enam. Contohnya adalah piridin, furan, tiofen, pirol.
Senyawa heterosiklik selanjutnya dapat diklasifikasikan sebagai monosiklik, bisiklik dan trisiklik tergantung pada jumlah atom penyusun cincin satu, dua atau tiga.
Hidrokarbon dapat lebih diklasifikasikan menjadi empat jenis berdasarkan struktur, yaitu:
Alkana
Hidrokarbon yang mengandung ikatan C-C tunggal dalam molekul mereka disebut alkana. Termasuk rantai terbuka serta tertutup (siklik). Sebagai contoh, etana, propana siklopentana.
Alkena
Alkena adalah hidrokarbon yang mengandung setidaknya satu karbon-karbon ikatan rangkap. Misalnya, etena CH2=CH2
Alkuna
Hidrokarbon golongan alkuna mengandung setidaknya satu karbon-karbon ikatan rangkap tiga. Misalnya etuna CH≡CH
Arena
Arena adalah hidrokarbon yang mengandung setidaknya mempunyai satu cincin aromatik atau benzena. Misalnya, benzena, toluena, o-xilena. Mereka juga mengandung lebih dari satu cincin benzena. Misalnya, naftalena (2 cincin) dan antrasena (3 cincin).