Um carbonilo é o grupo C=O em uma molécula. É um carbono e um átomo de oxigênio com uma dupla ligação entre eles. O carbono tem outras duas ligações, que podem, em geral, estar com qualquer outro grupo. Por exemplo, um carbonilo é o C=O bit de uma cetona, aldeído ou éster.

Como o oxigênio é mais eletronegativo do que o carbono, os elétrons da ligação estão mais voltados para ele. Isto significa que no ácido, um próton irá sobre o átomo de oxigênio. Tanto o carbono quanto o oxigênio do grupo são hibridizados sp2.

O carbonilo é um grupo funcional muito importante, porque os químicos podem fazer muitas reações com ele. É fácil fazer adições nucleófilas a ele, o que torna a molécula maior. Também é fácil fazer reações redox, por exemplo, formando um álcool. O álcool, então, também é um grupo muito útil.

Os carbonilos são encontrados em muitas substâncias naturais e também em drogas e medicamentos. É fácil verificar se um carbonilo está em uma molécula. Ele dá um sinal muito forte em espectroscopia infravermelha. Na espectroscopia NMR de carbono, o sinal geralmente está em freqüência muito alta, longe de muitos outros picos.