Uhličitanové minerály obsahují aniontový komplex (CO3)2-, který má trojúhelníkovou koordinaci, tj. atom uhlíku uprostřed a atom kyslíku v každém z rohů rovnostranného trojúhelníku. Tyto aniontové skupiny jsou silně vázané jednotlivé jednotky a nesdílejí mezi sebou atomy kyslíku. Trojúhelníkové uhličitanové skupiny jsou základními stavebními jednotkami všech uhličitanových minerálů a jsou do značné míry zodpovědné za vlastnosti specifické pro tuto třídu.
Uhličitany se často identifikují pomocí zkoušky šumivosti s kyselinou. Reakce, při níž vzniká charakteristické šumění, 2H+ + CO2/3→ H2O + CO2, využívá skutečnosti, že vazby mezi uhlíkem a kyslíkem ve skupinách CO3 nejsou tak pevné jako odpovídající vazby mezi uhlíkem a kyslíkem v oxidu uhličitém.
Běžné bezvodé (bezvodé) uhličitany se dělí do tří skupin, které se liší typem struktury: kalcit, aragonit a dolomit. Jedinými významnými hydratovanými odrůdami jsou měďnaté uhličitany azurit a malachit.
Členové skupiny kalcitu mají společný typ struktury. Lze je považovat za derivát struktury NaCl, v němž uhličitanové skupiny (CO3) nahrazují ionty chloru a kationty vápníku nahrazují kationty sodíku. V důsledku trojúhelníkového tvaru skupin CO3 je struktura romboedrická, nikoli izometrická jako u NaCl. Skupiny CO3 jsou v rovinách kolmých na trojnásobnou osu c a vápenaté ionty zaujímají střídavé roviny a jsou vázány na šest atomů kyslíku skupin CO3.
Členové skupiny kalcitu vykazují dokonalé kosočtverečné štěpení. Složení CaCO3 se nejčastěji vyskytuje ve dvou různých polymorfních formách: romboedrickém kalcitu s vápníkem obklopeným šesti nejbližšími atomy kyslíku a orthorombickém aragonitu s vápníkem obklopeným devíti nejbližšími atomy kyslíku.
Když se skupiny CO3 spojí s velkými dvojmocnými kationty (obvykle s iontovým poloměrem větším než 1,0 Å), vzniká orthorombická struktura. Tato struktura je známá jako aragonitový typ struktury. Mezi členy této skupiny patří kationty s velkými kationty: BaCO3, SrCO3 a PbCO3. Každý kationt je obklopen devíti nejbližšími atomy kyslíku.
Skupina aragonitu vykazuje omezenější pevný roztok než skupina kalcitu. Typ kationtu přítomného v aragonitových minerálech je do značné míry zodpovědný za rozdíly ve fyzikálních vlastnostech mezi členy skupiny. Například měrná hmotnost je přibližně úměrná atomové hmotnosti kovových iontů.
Dolomit , kutnohorit a ankerit jsou tři izostrukturní členové skupiny dolomitu. Strukturu dolomitu lze považovat za strukturu kalcitového typu, v níž kationty hořčíku a vápníku zaujímají kovová místa ve střídavých vrstvách. Velikost iontů vápníku (Ca2+) a hořčíku (Mg2+) se liší o 33 %, což způsobuje kationtové uspořádání, kdy oba kationty zaujímají ve struktuře specifické a oddělené úrovně. Dolomit má poměr vápníku a hořčíku přibližně 1:1, což mu dává složení na pomezí CaCO3 a MgCO3.
.