Cấu trúc của phân tử CO được mô tả tốt nhất dựa theo thuyết quỹ đạo phân tử. Độ dài của liên kết hóa học (0,111 nm) chỉ ra rằng nó có đặc trưng liên kết ba một phần. Phân tử có momen lưỡng cực nhỏ (0,112 Debye hay 3,74x10−31 C.m) và thông thường được biểu diễn bằng 3 cấu trúc cộng hưởng:

Lưu ý rằng quy tắc octet (quy tắc bát tứ) bị vi phạm đối với nguyên tử cacbon trong hai cấu trúc thể hiện bên phải.

Nó thể hiện tính khử trong một số phản ứng với các oxit kim loại có độ hoạt động hóa học yếu ở nhiệt độ cao, chẳng hạn oxit đồng (II), theo phản ứng sau:

Kim loại niken tạo ra hợp chất dễ bay hơi với CO, được biết đến với tên gọi niken cacbonyl. Cacbonyl bị phân hủy rất nhanh ngược trở lại thành kim loại và khí CO, và nó được sử dụng làm nền tảng cho việc làm tinh khiết niken.

Nhiều kim loại khác cũng có thể tạo ra các phức chất cacbonyl chứa các liên kết cộng hóa trị với cacbon monoxit, các chất này có thể tạo ra bằng một loạt các phương pháp khác nhau, ví dụ đun sôi rutheni triclorua với triphenyl photphin trong mêthoxyêtanol (hay DMF) thì có thể thu được phức chất [RuHCl(CO)(PPh3)3]. Niken cacbonyl là đặc biệt do nó có thể được tạo ra bằng tổ hợp trực tiếp cacbon monoxit và niken kim loại ở nhiệt độ phòng.

Trong niken cacbonyl và các cacbonyl khác, cặp điện tử trên nguyên tử cacbon được liên kết với kim loại. Trong trường hợp này cacbon monoxit được nói đến như là nhóm cacbonyl.

Cacbon monoxit và metanol có phản ứng với nhau có chất xúc tác gốc rodi để tạo ra axit axetic trong quy trình Monsanto, nó là phương pháp được sử dụng nhiều nhất để sản xuất axit axêtic công nghiệp.