Las sales del ácido carbónico se denominan carbonatos e hidrogenocarbonatos. Cuando se presuriza agua que contiene CO2 disuelto, se forma una solución débilmente ácida (conocida formalmente como H2CO3). El ácido carbónico es un compuesto inestable que se descompone en agua y dióxido de carbono. En la naturaleza se encuentran muchos tipos de carbonatos -también conocidos como espato-, incluidas montañas como las Dolomitas y arrecifes de coral.

Los carbonatos son las sales inorgánicas y los ésteres orgánicos del ácido carbónico, que es un compuesto inorgánico.

Existen dos series de sales derivadas del ácido difotónico (dibásico):

• Carbonatos de hidrógeno, también conocidos como carbonatos primarios, con la fórmula general MIHCO3
• Carbonatos secundarios, con la fórmula general MI2CO3. Los carbonatos secundarios se basan en el doble ion carbonato de carga negativa CO32-.

Los ésteres del ácido carbónico con la fórmula estructural general R1-O-C(=O)-O-R2, donde R1 y R2 son radicales alquilo o arilo que contienen carbono, también se conocen como carbonatos y se describen en el apartado de ésteres del ácido carbónico. Los carbonatos poliméricos tienen la fórmula estructural (O-R-O-C(=O)-)n

Los carbonatos son sales iónicas y, por tanto, sólidos generalmente cristalinos a temperatura ambiente. Se forman por la reacción de una base y un ácido, en este caso hidróxido sódico y ácido carbónico. El anión carbonato no confiere color propio a los compuestos, por lo que su color puede determinarse por el catión implicado. Los carbonatos son inodoros. A excepción de los carbonatos alcalinos, sólo son ligeramente solubles en agua, por lo que la mayoría de los iones metálicos precipitan cuando reaccionan con carbonatos alcalinos en disolución acuosa.

El anión carbonato tiene una estructura completamente plana, con ángulos de enlace de 120° entre los distintos átomos de oxígeno. Las distancias entre los tres átomos de O y el átomo de carbono central son las mismas y, en torno a 130 pm, se sitúan entre la longitud de los enlaces simples C-O (143 pm) y los dobles enlaces C=O (123 pm).

Los carbonatos están omnipresentes en la naturaleza y pueden presentarse en formas muy diversas.

Son minerales comunes, pero no forman una clase mineral común con los nitratos, como sugiere Strunz (9ª edición). Los boratos también se clasifican en la clase de los carbonatos según el sistema de clasificación de Dana, que se utiliza habitualmente en el mundo anglosajón. Un representante importante de los carbonatos es la witherita, un mineral de carbonato de bario. La calcita, el aragonito y la vaterita son minerales de carbonato de calcio, y la siderita (chispa de hierro) es un mineral de carbonato de hierro. La azurita y la malaquita son carbonatos básicos de cobre; la magnesita es un carbonato de magnesio; la rodocrosita (chispa de manganeso) es un carbonato de manganeso; la gaylussita, la natrita y la pirssonita son carbonatos de sodio; la sosa y la trona son compuestos de sodio; la smithsonita (chispa de cinc) es un carbonato de cinc; la bastnäsite se utiliza para extraer metales de tierras raras de yacimientos minerales. La dolomita (carbonato de calcio y magnesio) y la potasa (carbonato de potasio), que sólo se encuentra en la naturaleza en forma de mezcla, son otros ejemplos de estos minerales.

La hidrosfera contiene grandes cantidades de carbonatos disueltos en los océanos, lagos y ríos. Estos carbonatos son utilizados por casi todos los organismos vivos como sustancias esqueléticas. Desde el punto de vista geológico, las sedimentitas (calizas) son más frecuentes que las rocas metamórficas o magmáticas (carbonatitas).