Mineralele carbonatate conțin complexul anionic (CO3)2-, care are o coordonare triunghiulară – adică are un atom de carbon în centru și un atom de oxigen în fiecare dintre colțurile unui triunghi echilateral. Aceste grupuri anionice sunt unități individuale puternic legate între ele și nu împart atomi de oxigen între ele. Grupurile triunghiulare de carbonat sunt unitățile de bază ale tuturor mineralelor carbonatice și sunt în mare parte responsabile pentru proprietățile specifice clasei.

Carbonații sunt frecvent identificați cu ajutorul testului de efervescență cu acid. Reacția care are ca rezultat efervescența caracteristică, 2H+ + CO2/3→ H2O + CO2, se folosește de faptul că legăturile carbon-oxigen ale grupărilor CO3 nu sunt la fel de puternice ca legăturile carbon-oxigen corespunzătoare din dioxidul de carbon.

Carbonatele anhidre (fără apă) obișnuite sunt împărțite în trei grupe care diferă prin tipul de structură: calcite, aragonit și dolomită. Carbonații de cupru azurit și malachit sunt singurele varietăți hidroase notabile.

Membrii grupului calcite au un tip de structură comun. Acesta poate fi considerat un derivat al structurii NaCl, în care grupările carbonat (CO3) înlocuiesc ionii de clor, iar cationii de calciu înlocuiesc cationii de sodiu. Ca urmare a formei triunghiulare a grupărilor CO3, structura este romboedrică în loc să fie izometrică, ca în cazul NaCl. Grupele CO3 se află în planuri perpendiculare pe axa c triplă, iar ionii de calciu ocupă planuri alternative și sunt legați de cei șase atomi de oxigen ai grupelor CO3.

Membrii grupului calcite prezintă o clivare romboedrică perfectă. Compoziția CaCO3 apare cel mai frecvent în două polimorfe diferite: calcita romboedrică cu calciu înconjurat de șase atomi de oxigen cei mai apropiați și aragonitul ortorombic cu calciu înconjurat de nouă atomi de oxigen cei mai apropiați.

Când grupele CO3 sunt combinate cu cationi divalenți mari (în general cu raze ionice mai mari de 1,0 Å), rezultă structuri ortorombice. Aceasta este cunoscută sub numele de tipul de structură aragonit. Printre membrii acestui grup se numără cei cu cationi mari: BaCO3, SrCO3 și PbCO3. Fiecare cation este înconjurat de nouă atomi de oxigen cei mai apropiați.

Grupa aragonitului prezintă o soluție solidă mai limitată decât cea a calcitului. Tipul de cation prezent în mineralele de aragonit este în mare măsură responsabil pentru diferențele de proprietăți fizice dintre membrii grupului. Densitatea specifică, de exemplu, este aproximativ proporțională cu greutatea atomică a ionilor metalici.

Dolomitul , kutnohoritul și ankeritul sunt trei membri izostructurali ai grupului dolomitului. Structura dolomitului poate fi considerată ca o structură de tip calcit în care cationii de magneziu și calciu ocupă situsurile metalice în straturi alternative. Ionii de calciu (Ca2+) și magneziu (Mg2+) diferă în mărime cu 33%, iar acest lucru produce o ordonare cationică, cei doi cationi ocupând niveluri specifice și separate în structură. Dolomita are un raport calciu/magneziu de aproximativ 1:1, ceea ce îi conferă o compoziție intermediară între CaCO3 și MgCO3.

.