I minerali carbonati contengono il complesso anionico (CO3)2-, che è triangolare nella sua coordinazione – cioè, con un atomo di carbonio al centro e un atomo di ossigeno in ciascuno degli angoli di un triangolo equilatero. Questi gruppi anionici sono unità individuali fortemente legate e non condividono atomi di ossigeno tra loro. I gruppi carbonatici triangolari sono le unità di base di tutti i minerali carbonatici e sono in gran parte responsabili delle proprietà particolari della classe.

I carbonati sono spesso identificati usando il test di effervescenza con acido. La reazione che provoca la caratteristica effervescenza, 2H+ + CO2/3→ H2O + CO2, sfrutta il fatto che i legami carbonio-ossigeno dei gruppi CO3 non sono così forti come i corrispondenti legami carbonio-ossigeno nell’anidride carbonica.

I carbonati comuni anidri (senza acqua) sono divisi in tre gruppi che differiscono per il tipo di struttura: calcite, aragonite e dolomite. I carbonati di rame azurite e malachite sono le uniche varietà idriche degne di nota.

I membri del gruppo della calcite hanno un tipo di struttura comune. Può essere considerata come un derivato della struttura NaCl in cui i gruppi carbonato (CO3) sostituiscono gli ioni cloro e i cationi calcio sostituiscono i cationi sodio. Come risultato della forma triangolare dei gruppi CO3, la struttura è romboedrica invece che isometrica come nel NaCl. I gruppi CO3 sono in piani perpendicolari al triplice asse c, e gli ioni calcio occupano piani alternati e sono legati a sei atomi di ossigeno dei gruppi CO3.

I membri del gruppo della calcite mostrano una perfetta scissione romboedrica. La composizione CaCO3 si presenta più comunemente in due diversi polimorfi: calcite romboedrica con il calcio circondato da sei atomi di ossigeno più vicini e aragonite ortorombica con il calcio circondato da nove atomi di ossigeno più vicini.

Quando i gruppi CO3 sono combinati con grandi cationi divalenti (generalmente con raggi ionici maggiori di 1,0 Å), risultano strutture ortorombiche. Questo è conosciuto come il tipo di struttura dell’aragonite. I membri di questo gruppo includono quelli con grandi cationi: BaCO3, SrCO3 e PbCO3. Ogni catione è circondato da nove atomi di ossigeno più vicini.

Il gruppo aragonite mostra una soluzione solida più limitata rispetto al gruppo calcite. Il tipo di catione presente nei minerali di aragonite è in gran parte responsabile delle differenze nelle proprietà fisiche tra i membri del gruppo. Il peso specifico, per esempio, è approssimativamente proporzionale al peso atomico degli ioni metallici.

Dolomite, kutnohorite e ankerite sono tre membri isostrutturali del gruppo dolomite. La struttura della dolomite può essere considerata come una struttura di tipo calcite in cui i cationi di magnesio e calcio occupano i siti metallici in strati alternati. Gli ioni calcio (Ca2+) e magnesio (Mg2+) differiscono per dimensioni del 33%, e questo produce un ordinamento cationico con i due cationi che occupano livelli specifici e separati nella struttura. La dolomite ha un rapporto calcio-magnesio di circa 1:1, che le conferisce una composizione intermedia tra CaCO3 e MgCO3.