Karbonüülrühm ehk oksorühm on funktsionaalrühm, kus süsiniku aatom on kaksiksideme abil ühendatud hapniku aatomiga: C=O.

Karbonüülrühma süsiniku aatomil on kaks vaba üksiksidet. Olenevalt sellest, missugused radikaalid karbonüülrühma süsiniku aatomiga ühinevad, jagunevad need ained mitmesugustesse aineklassidesse.

Kui karbonüülrühmast ühele poole jääb kõigest üks vesiniku aatom, nimetatakse seda koos karbonüülrühmaga aldehüüdrühmaks. Seda rühma sisaldavaid aineid nimetatakse aldehüüdideks. Kõige lihtsamas aldehüüdis, metanaalis, on karbonüülrühm seotud ainult kahe vesiniku aatomiga.

Kui karbonüülrühmast ühele poole jääb ainult hüdroksüülrühm, nimetatakse seda koos karbonüülrühmaga karboksüülrühmaks. Seda rühma sisaldavaid aineid nimetatakse karboksüülhapeteks. Kõige lihtsamas karboksüülhappes, metaanhappes, jääb karbonüülrühmast ühele poole hüdroksüülrühm ja teisele poole vesiniku aatom. Karboksüülhappe soolasid nimetatakse karboksülaatideks.

Kui karbonüülrühm on seotud kahe süsinikuga, nimetatakse niisugust rühma ketoonrühmaks ja selliseid aineid ketoonideks.

Kui aine molekulis on kaks karbonüülrühma ja hapniku aatom, mis on seotud mõlema karbonüülrühmaga, nimetatakse seda ainet atseetanhüdriidiks.