A karbonátásványok az anionos (CO3)2- komplexet tartalmazzák, amelynek koordinációja háromszög alakú – azaz egy szénatom van a középpontban és egy oxigénatom az egyenlő oldalú háromszög minden sarkában. Ezek az anionos csoportok erősen kötött önálló egységek, és nem osztoznak egymással oxigénatomokon. A háromszög alakú karbonátcsoportok minden karbonátásvány alapvető építőegységei, és nagyrészt felelősek az osztályra jellemző tulajdonságokért.

A karbonátokat gyakran a savval végzett pezsgéspróbával azonosítják. A jellegzetes pezsgést eredményező reakció (2H+ + CO2/3→ H2O + CO2) azt a tényt használja ki, hogy a CO3-csoportok szén-oxigén kötései nem egészen olyan erősek, mint a szén-dioxid megfelelő szén-oxigén kötései.

A gyakori vízmentes (vízmentes) karbonátok három csoportra oszthatók, amelyek szerkezettípusban különböznek: kalcit, aragonit és dolomit. A rézkarbonátok közül az azurit és a malachit az egyetlen említésre méltó vizes fajták.

A kalcitcsoport tagjai közös szerkezettípussal rendelkeznek. A NaCl szerkezet olyan származékának tekinthető, amelyben a karbonát (CO3) csoportok helyettesítik a klórionokat és a kalcium kationok helyettesítik a nátrium kationokat. A CO3-csoportok háromszög alakja miatt a szerkezet romboéderes, nem pedig izometrikus, mint a NaCl esetében. A CO3-csoportok a hármas c-tengelyre merőleges síkokban helyezkednek el, a kalciumionok pedig váltakozó síkokat foglalnak el, és a CO3-csoportok hat oxigénatomjához kapcsolódnak.

A kalcitcsoport tagjai tökéletes romboéderes hasadást mutatnak. A CaCO3 összetétel leggyakrabban két különböző polimorf formában fordul elő: romboéderes kalcit, amelyben a kalciumot hat legközelebbi oxigénatom veszi körül, és orthorhombikus aragonit, amelyben a kalciumot kilenc legközelebbi oxigénatom veszi körül.

Ha a CO3 csoportok nagy kétértékű kationokkal (általában 1,0 Å-nál nagyobb ionradiusúakkal) egyesülnek, akkor orthorhombikus szerkezet alakul ki. Ez az úgynevezett aragonit szerkezettípus. E csoport tagjai közé tartoznak a nagy kationokkal rendelkezők: BaCO3, SrCO3 és PbCO3. Minden kationt kilenc legközelebbi oxigénatom vesz körül.

Az aragonitcsoport korlátozottabb szilárd oldatot mutat, mint a kalcitcsoport. Az aragonit ásványokban jelen lévő kationok típusa nagymértékben felelős a csoport tagjai közötti fizikai tulajdonságbeli különbségekért. A fajsúly például nagyjából arányos a fémionok atomsúlyával.

A dolomit , a kutnohorit és az ankerit a dolomitcsoport három izostrukturális tagja. A dolomit szerkezete kalcit típusú szerkezetnek tekinthető, amelyben a magnézium- és kalciumkationok váltakozó rétegekben foglalják el a fémhelyeket. A kalcium (Ca2+) és a magnézium (Mg2+) ionok mérete 33 százalékban különbözik, és ez kationrendeződést eredményez, a két kation sajátos és különálló szinteket foglal el a szerkezetben. A dolomit kalcium-magnézium aránya körülbelül 1:1, ami a CaCO3 és az MgCO3 közötti összetételt eredményezi.