Los minerales de carbonato contienen el complejo aniónico (CO3)2-, que es triangular en su coordinación, es decir, con un átomo de carbono en el centro y un átomo de oxígeno en cada una de las esquinas de un triángulo equilátero. Estos grupos aniónicos son unidades individuales fuertemente enlazadas y no comparten átomos de oxígeno entre sí. Los grupos triangulares de carbonato son las unidades básicas de construcción de todos los minerales de carbonato y son en gran parte responsables de las propiedades particulares de la clase.

Los carbonatos se identifican frecuentemente utilizando la prueba de efervescencia con ácido. La reacción que da lugar a la efervescencia característica, 2H+ + CO2/3→ H2O + CO2, aprovecha el hecho de que los enlaces carbono-oxígeno de los grupos CO3 no son tan fuertes como los correspondientes enlaces carbono-oxígeno del dióxido de carbono.

Los carbonatos anhidros comunes (sin agua) se dividen en tres grupos que difieren en el tipo de estructura: calcita, aragonito y dolomita. Los carbonatos de cobre azurita y malaquita son las únicas variedades hidrosas notables.

Los miembros del grupo de la calcita comparten un tipo de estructura común. Puede considerarse como un derivado de la estructura NaCl en la que los grupos carbonato (CO3) sustituyen a los iones de cloro y los cationes de calcio a los de sodio. Como resultado de la forma triangular de los grupos CO3, la estructura es romboédrica en lugar de isométrica como en el NaCl. Los grupos CO3 están en planos perpendiculares al triple eje c, y los iones de calcio ocupan planos alternativos y están unidos a seis átomos de oxígeno de los grupos CO3.

Los miembros del grupo de la calcita presentan una división romboédrica perfecta. La composición CaCO3 se presenta más comúnmente en dos polimorfos diferentes: la calcita romboédrica con el calcio rodeado por seis átomos de oxígeno más cercanos y el aragonito ortorrómbico con el calcio rodeado por nueve átomos de oxígeno más cercanos.

Cuando los grupos CO3 se combinan con grandes cationes divalentes (generalmente con radios iónicos superiores a 1,0 Å), resultan estructuras ortorrómbicas. Esto se conoce como el tipo de estructura del aragonito. Los miembros de este grupo incluyen los que tienen cationes grandes: BaCO3, SrCO3 y PbCO3. Cada catión está rodeado por nueve átomos de oxígeno más cercanos.

El grupo del aragonito muestra una solución sólida más limitada que el grupo de la calcita. El tipo de catión presente en los minerales de aragonito es en gran parte responsable de las diferencias en las propiedades físicas entre los miembros del grupo. La gravedad específica, por ejemplo, es aproximadamente proporcional al peso atómico de los iones metálicos.

La dolomita, la kutnohorita y la ankerita son tres miembros isoestructurales del grupo de la dolomita. La estructura de la dolomita puede considerarse como una estructura de tipo calcita en la que los cationes magnesio y calcio ocupan los sitios metálicos en capas alternas. Los iones calcio (Ca2+) y magnesio (Mg2+) difieren en tamaño en un 33%, y esto produce un ordenamiento catiónico con los dos cationes ocupando niveles específicos y separados en la estructura. La dolomita tiene una relación calcio-magnesio de aproximadamente 1:1, lo que le da una composición intermedia entre el CaCO3 y el MgCO3.