主要由文石、方解石、白云石 、菱镁矿、菱铁矿、菱锰矿组成。现代碳酸钙沉积主要由高镁方解石、文石及少量低镁方解石组成。低镁方解石最稳定，文石不稳定，高镁方解石最不稳定。后两者在沉积后易转变成低镁方解石。因此，古代岩石中的碳酸盐矿物多是低镁方解石。碳酸盐矿物的结晶习性和晶体特征与形成环境有关。

碳酸盐岩中混入的非碳酸盐成分有:石膏、重晶石、岩盐及钾镁盐矿物等，此外还有少量蛋白石、自生石英、海绿石、磷酸盐矿物和有机质。常见的陆源混入物有粘土、碎屑石英和长石及微量重矿物。陆源矿物含量超过50%时，则碳酸盐岩过渡为粘土或碎屑岩。

包括下列几种。

①粒屑结构，按粒径大小分为:砾屑(粒径>2毫米)、砂屑(粒径2~0.062毫米)、粉屑(粒径0.062~0.032毫米)、微屑(粒径0.032~0.004毫米)和泥屑(粒径<0.004毫米)。砾屑的排列方位、粒度组成和分选性是分析碳酸盐沉积物沉积环境的重要标志。由核心和包壳组成的粒径小于2毫米的球形或椭球形的颗粒为鲕粒。由富藻纹层组成的球形包粒为藻包粒。由微晶碳酸盐矿物组成的不具内部构造的、表面光滑的球形或卵形颗粒称球粒或团粒。外形不规则的复合颗粒集合体为团块及凝聚颗粒等。

②钙质生物化石显微结构，按方解石(文石)晶体的空间形态，分为由光性方位不一致、三向大致等轴的方解石(文石)几何体组成的粒状结构，广泛见于低等生物中;由平行或放射状排列，一向延长的细柱或针状方解石(文石)晶体组成的纤(柱)状结构，为腔肠动物、节肢动物、轮藻藏卵器的主要结构;由厚度小于1~2微米、近于平行的方解石(文石)薄片叠积而成的片状结构，常见于软体动物、腕足类、苔藓虫和蠕虫栖管中;全部或局部由一致消光的单一晶体或双晶组成的单晶结构，是棘皮动物的主要特征。钙质生物化石的显微结构有从粒状→纤(柱)状→片状→单晶结构的演化趋势。

③晶粒结构，根据粒度划分为砾晶、砂晶、粉晶和泥晶。晶粒也可根据其自形程度划分为自形晶、半自形晶和它形晶。

④生物骨架，指原地生长的群体生物，如珊瑚、苔藓虫、海绵、层孔虫等坚硬钙质骨骼所形成的格架。另外，一些藻类，如蓝藻和红藻，其粘液可以粘结其他碳酸盐组分，形成粘结骨架。

除上述结构外，碳酸盐岩还发育孔隙结构，包括①原生孔隙，形成于沉积同生阶段，如粒间孔隙、遮蔽孔隙、体腔孔隙、生物钻孔、窗格和层状空洞等;②次生孔隙，形成于成岩及后生作用的溶解改造，如粒内孔、铸模孔、晶间孔及其他溶蚀孔隙。

包括生物成因构造和特殊构造:1、生物成因构造。A叠层石:由蓝绿藻形成的叠层构造，表现为富藻纹层与富碳酸盐纹层交互叠置。不同类型的叠层构造可反映形成环境的水动力条件的强弱，层状叠层石代表水动力条件较弱，属于潮间带上部产物，而柱状叠层代表水动力条件较强，属于潮间带下部或者潮下带上部产物;B虫孔及虫迹构造:由生物活动形成的各种虫孔和虫迹构造，可指示生物特征及活动情况。2、特殊构造。A鸟眼构造:如毫米级大小的、常呈定向排列的、多为方解石或硬石膏充填的形似鸟眼的鸟眼构造，主要出现于潮上带;B示顶底构造:碳酸盐沉积物充填在碳酸盐岩孔隙中形成的示顶底构造，表现为孔隙下部首先充填暗色的泥晶或粉晶方解石，其后上部为浅色的亮晶方解石或盐类矿物充填，二者界面平直，并平行于水平面，此构造可判断岩层顶底。C缝合线构造:岩层断面上呈锯齿状曲线(缝合线)，它在平面上是一个起伏不平的面。一般认为缝合线是在压溶作用下形成的。还有与碎屑岩相似的构造(见沉积岩)。