碳－氧键是指碳原子和氧原子之间形成的共价键，这是有机化学和生物化学中最常见的化学键之一。氧原子具有6个价电子，倾向于与碳原子共用两个电子形成化学键，剩下的四个非键电子形成两对孤对电子。最简单的含碳－氧键化合物是醇，它们可以看作水的有机衍生物。

碳－氧键是强极性键，电子云明显偏向氧（电负性：碳2.55，氧3.44）。石蜡族的碳–氧键键长平均在143皮米左右，比碳－氮键或碳－碳键都要短。羧酸中单键键长更短（136pm），其中因为共轭效应的存在而具有部分双键的性质。环氧化合物中键长更长（147pm），因为角张力的存在使得电子云不能很好地重叠。碳–氧键的键能也比碳－氮键或碳–碳键大。例如，298K时，甲醇中C-O键键能为91 kcal/mol，甲胺中C-N键键能为87 kcal/mol，而乙烷中C-C键键能为87 kcal/mol。

含有端基碳氧双键官能团的化合物统称为羰基化合物，包括醛、酮、羧酸、羧酸衍生物等等。分子内部的碳氧双键存在于带正电的�盐离子中，但它们多以反应中间体的形式存在。在呋喃及其衍生物中，氧原子的孤对电子参与了p-π共轭，因此呋喃是芳香性的。羰基化合物中碳氧双键的键长约为123 pm。而酰卤中的碳氧双键具有部分三键的性质，因此键长只有 117 pm。常规的碳氧三键只在一氧化碳分子中存在，其中键长很短（112.8 pm）、键能很大。这样的三键键能很大，甚至比氮氮三键的键能还高。氧也可以形成三价的化合物，例如氟硼酸三甲基�。

生成碳－氧键的重要反应有Williamson醚合成、亲核酰基取代反应和烯烃的亲电加成反应。Paternò–Büchi反应相当于羰基进行的复分解反应。

碳–氧键存在于以下这些官能团中：