Klasyfikacja thumb|180px|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) i 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 mają tylko jeden typ grup funkcyjnych. Przykładowo alkohole mają 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.