Karbonatmineralerna innehåller det anjoniska komplexet (CO3)2-, som är triangulärt koordinerat, dvs. med en kolatom i mitten och en syreatom i varje hörn av en liksidig triangel. Dessa anjoniska grupper är starkt bundna enskilda enheter och delar inte syreatomer med varandra. De triangulära karbonatgrupperna är de grundläggande byggnadsenheterna i alla karbonatmineraler och är till stor del ansvariga för de egenskaper som är speciella för klassen.
Karbonater identifieras ofta med hjälp av sprudeltestet med syra. Reaktionen som resulterar i det karakteristiska bruset, 2H+ + CO2/3→ H2O + CO2, utnyttjar det faktum att kolsyrebindningarna i CO3-grupperna inte är lika starka som motsvarande kolsyrebindningar i koldioxid.
De vanliga vattenfria (vattenfria) karbonaterna är indelade i tre grupper som skiljer sig åt i strukturtyp: kalcit, aragonit och dolomit. Kopparkarbonaterna azurit och malakit är de enda anmärkningsvärda vattenhaltiga varianterna.
Medlemmarna i kalcitgruppen har en gemensam strukturtyp. Den kan betraktas som ett derivat av NaCl-strukturen där karbonatgrupperna (CO3) ersätter klorjonerna och kalciumkatjonerna ersätter natriumkatjonerna. Till följd av CO3-gruppernas triangulära form är strukturen rombosedrisk i stället för isometrisk som i NaCl. CO3-grupperna befinner sig i plan som är vinkelräta mot den tredubbla c-axeln, och kalciumjonerna intar alternerande plan och är bundna till sex syreatomer i CO3-grupperna.
Medlemmar av kalcitgruppen uppvisar perfekt rombosedrisk klyvning. Sammansättningen CaCO3 förekommer oftast i två olika polymorfer: rombosedrisk kalcit med kalcium omgivet av sex närmaste syreatomer och ortorhombisk aragonit med kalcium omgivet av nio närmaste syreatomer.
När CO3-grupperna kombineras med stora tvåvärda katjoner (i allmänhet med joniska radier större än 1,0 Å), uppstår ortorhombiska strukturer. Detta är känt som aragonitstrukturtypen. Till denna grupp hör bland annat de som har stora katjoner: BaCO3, SrCO3 och PbCO3. Varje katjon är omgiven av nio närmaste syreatomer.
Aragonitgruppen uppvisar en mer begränsad fast lösning än kalcitgruppen. Den typ av katjon som finns i aragonitmineraler är till stor del ansvarig för skillnaderna i fysiska egenskaper mellan medlemmarna i gruppen. Den specifika gravitationen är till exempel ungefär proportionell mot metalljonernas atomvikt.
Dolomit , kutnohorit och ankerit är tre isostrukturella medlemmar av dolomitgruppen. Dolomitstrukturen kan betraktas som en struktur av kalcit-typ där magnesium- och kalciumkatjoner upptar metallplatserna i omväxlande lager. Kalcium- (Ca2+) och magnesium- (Mg2+) jonerna skiljer sig i storlek med 33 procent, och detta ger upphov till en katjonordning där de två katjonerna upptar specifika och separata nivåer i strukturen. Dolomit har ett förhållande mellan kalcium och magnesium på ungefär 1:1, vilket ger den en sammansättning som ligger mellan CaCO3 och MgCO3.