Glicyna stanowi najprostszy aminokwas białkowy a zarazem przykład związku wielofunkcyjnego

Istnieje kilka możliwości dokonania podziału związków organicznych. Jednym z nich jest podział na związki naturalne (występujące w przyrodzie) oraz syntetyczne. Innym jest wyróżnianie obecności heteroatomów takich jak tlen lub azot. Jednak najbardziej intuicyjnym i powszechnie stosowanym jest klasyfikacja oparta na występowaniu w danej cząsteczce grup funkcyjnych, które mają decydujący wpływ na właściwości związku. Do związków jednofunkcyjnych zalicza się substancje, których cząsteczki posiadają tylko jeden typ grup funkcyjnych. Przykładowo alkohole posiadają grupę hydroksylową a aminy grupę aminową. Związki zawierające więcej niż jeden typ grup funkcyjnych nazywa się wielofunkcyjnymi. Przykładem mogą być aminokwasy posiadające grupę aminową oraz grupę karboksylową. Ponadto wyróżnia się kategorię związków metaloorganicznych, charakteryzujących się obecnością atomów metalu połączonych bezpośrednio z atomami węgla.

Wiele związków organicznych jest zbudowane z wielu (nawet setek tysięcy) powtarzających się jednostek określanych mianem monomerów. Gdy jednostek tych jest od dwóch do kilkudziesięciu związki te nazywane są oligomerami, gdy monomerów jest bardzo wiele, mówi się o polimerach.

Antybiotyk wankomycyna stanowi przykład związku naturalnego o bardzo skomplikowanej budowie

Związki występujące naturalnie – to te, których źródłem są żywe organizmy lub ich szczątki. Związki te są syntezowane przez żywe organizmy lub pochodzą z ich rozkładu w środowisku naturalnym. Wiele z tych związków i ich mieszanin znalazło zastosowanie jako różnego rodzaju substancje użytkowe – od leków, przez materiały konstrukcyjne, po paliwa.

Związki syntetyczne – to takie, które zostały otrzymane na drodze sztucznej syntezy. Mogą one mieć zarówno swoje odpowiedniki naturalne, jak i nie występować w naturze. Czasami związek jest najpierw otrzymywany syntetycznie a następnie wykrywa się go w naturze, a czasami jest na odwrót – dąży się do opracowania sztucznej syntezy związku, występującego naturalnie.

Związki chemiczne, które nie występują w naturze, są czasami nazywane sztucznymi, zaś związki otrzymane na drodze syntezy ale występujące również w naturze bywają nazywane związkami identycznymi z naturalnymi. Wreszcie, istnieją także zmodyfikowane związki naturalne – tj. sztucznie otrzymane pochodne związków występujących w naturze.

Podział ten komplikuje dodatkowo fakt opracowania biosyntezy wielu związków organicznych, które są na tyle złożone, że nie opłaca się ich otrzymywać na drodze syntezy tradycyjnej. Związki otrzymane w ten sposób pochodzą wprawdzie z organizmów żywych, ale są to organizmy celowo zmodyfikowane genetycznie i hodowane w celu masowej produkcji określonych substancji. W ten sposób można zarówno otrzymywać związki identyczne z naturalnymi jak i sztuczne.

Wybór drogi otrzymywania związków organicznych jest zwykle dyktowany względami ekonomicznymi. Chemicy organicy i biotechnolodzy cały czas pracują nad nowymi drogami syntezy – w szczególności w przypadkach, w których wyodrębnianie związków naturalnych z materiału biologicznego jest bardzo kosztowne.