碳金屬化是指碳-金屬鍵與碳-碳π鍵反應，產生新的碳-碳σ鍵和碳-金屬σ鍵的任何反應。產生的碳-金屬鍵可以進一步進行碳金屬化反應，也可以與各種親電體包括鹵化試劑、羰基、氧和無機鹽反應，產生不同的有機金屬試劑。碳金屬化可以在炔和烯上進行，分別形成具有高幾何純度或對映選擇性的產品。有些金屬喜歡以高選擇性給出反加成產物，有些則產生合成加成產物。同步和反加成產物的結果是由碳化作用的機制決定的。

羰基化反應最常見的是由二氯化鋯（或相關的催化劑）催化。一些碳化反應是用茂鈦絡合物進行的。這種反應有時被稱為Zr-催化的烯類不對稱碳鋁化（ZACA）或Zr-催化的炔類甲基碳鋁化（ZMA）。這種轉化最常見的三烷基鋁試劑是三甲基鋁、三乙基鋁，有時還有三異丁基鋁。當使用具有β-氫化物的三烷基鋁試劑時，消除和氫化鋁反應成為競爭過程。ZMA反應的一般機制可以描述為：首先，通過與三甲基鋁的反應，從預催化劑二氯化鋯形成活性催化物種。首先發生從鋁到鋯的甲基的轉金屬化。接下來，鋁的氯化物吸收產生了一個陽離子鋯物種，它與陰離子鋁復合物緊密相連。這種鋯陽離子可以與一個烯烴或炔烴相協調，然后發生甲基的遷移性插入。由此產生的乙烯基或烷基鋯物種可以與有機鋁發生可逆的、但立體的轉金屬反應，以提供碳化產品和二氯化鋯催化劑的再生。這個過程通常提供協同加成產物；然而，也有條件通過修改機制提供反加成產物。三甲基硅（TMS）保護的炔烴、三甲基鍺炔烴和末端炔烴可以在室溫或高溫下產生反加成產物，如果底物上有一個配位基的話。在這些反應中，首先在前面概述的機制下發生協同碳化作用。然后，與導向基團配位的另一種等價的鋁可以取代乙烯基鋁，在發生取代的碳上顛倒幾何形狀。這形成了一個熱力學上有利的金屬環，以防止隨后的反轉。從形式上看，這個過程提供了可以用親電物淬滅的抗碳化產物。這種方法的一個局限性是，導向基團必須足夠接近碳-碳π鍵，以形成一個熱力學上有利的環，否則會形成幾何異構體的混合物。如果使用手性烯，烯的羧基化形成取代的烷烴，可以使其具有對映選擇性。在這些反應中，使用手性的茚基鋯催化劑來誘導對映選擇性。在這些反應中，一些三烷基鋁試劑獲得了高的對映選擇性，然而，三烷基鋁試劑上的烷基鏈每增加一個碳，產量就會急劇下降。

卡波利蒂化是指有機鋰試劑跨越碳-碳π鍵的添加。在這種轉化中使用的有機鋰試劑可以是商用的（如正丁基鋰），也可以通過去質子化或鹵素鋰交換生成。分子間和分子內的羰基鋰化實例都存在，并可用于合成以產生復雜性。有機鋰是高度反應性的化學品，通常情況下，由碳化鋰產生的有機鋰試劑可以繼續與親電物或剩余的起始材料反應（導致聚合）。這種反應通過使用斯巴達因而變得具有對映選擇性，斯巴達因可以螯合鋰離子并誘發手性。今天，由于缺乏天然的斯巴達因，這不是一個常見的策略。然而，最近在合成斯巴達因代用品方面的進展以及它們在碳硫化合物中的有效應用，重新激活了人們對這一策略的興趣。這種反應類型的另一個證明是，從二苯乙炔和乙基鋰開始的他莫西芬的替代路線。