Os minerais carbonatados contêm o complexo aniónico (CO3)2-, que é triangular na sua coordenação – ou seja, com um átomo de carbono no centro e um átomo de oxigénio em cada um dos cantos de um triângulo equilátero. Estes grupos aniónicos são unidades individuais fortemente ligadas e não partilham átomos de oxigénio entre si. Os grupos triangulares de carbonatos são as unidades básicas de construção de todos os minerais carbonatados e são amplamente responsáveis pelas propriedades particulares da classe.

Carbonatos são frequentemente identificados usando o teste de efervescência com ácido. A reação que resulta na característica efervescência, 2H+ + CO2/3→ H2O + CO2, faz uso do fato de que as ligações carbono-oxigênio dos grupos CO3 não são tão fortes quanto as correspondentes ligações carbono-oxigênio no dióxido de carbono.

Os carbonatos anidros comuns (livres de água) são divididos em três grupos que diferem no tipo de estrutura: calcita, aragonita e dolomita. Os carbonatos de cobre azurite e malaquite são as únicas variedades hidrosas notáveis.

Os membros do grupo da calcite compartilham um tipo de estrutura comum. Pode ser considerado como um derivado da estrutura NaCl em que os grupos carbonato (CO3) substituem os íons cloro e os cátions cálcio substituem os cátions sódio. Como resultado da forma triangular dos grupos CO3, a estrutura é romboédrica ao invés de isométrica como no NaCl. Os grupos CO3 estão em planos perpendiculares ao triplo eixo c, e os íons cálcio ocupam planos alternativos e estão ligados a seis átomos de oxigênio dos grupos CO3.

Os membros do grupo calcita apresentam uma clivagem rhomboédrica perfeita. A composição do CaCO3 ocorre mais comumente em dois polimorfos diferentes: a calcita romboédrica com cálcio circundada por seis átomos de oxigênio mais próximos e a aragonita ortopédica com cálcio circundada por nove átomos de oxigênio mais próximos.

Quando os grupos CO3 são combinados com grandes catiões divalentes (geralmente com raios iônicos maiores que 1,0 Å), resultam estruturas ortopédicas. Isto é conhecido como o tipo de estrutura aragonite. Os membros deste grupo incluem aqueles com grandes cátions: BaCO3, SrCO3, e PbCO3. Cada cátion é rodeado por nove átomos de oxigênio mais próximos.

O grupo aragonita exibe solução sólida mais limitada do que o grupo calcite. O tipo de cátion presente nos minerais aragonite é largamente responsável pelas diferenças nas propriedades físicas entre os membros do grupo. A gravidade específica, por exemplo, é aproximadamente proporcional ao peso atômico dos íons metálicos.

Dolomita , kutnohorita , e ankerite são três membros isoestruturais do grupo dolomita. A estrutura da dolomita pode ser considerada como uma estrutura do tipo calcita na qual os cátions de magnésio e cálcio ocupam os locais metálicos em camadas alternadas. Os íons cálcio (Ca2+) e magnésio (Mg2+) diferem em tamanho em 33%, e isto produz um ordenamento catiônico com os dois cátions ocupando níveis específicos e separados na estrutura. A dolomita tem uma razão cálcio/magnésio de aproximadamente 1:1, o que lhe dá uma composição intermediária entre CaCO3 e MgCO3.