碳酸根中的碳原子以sp2杂化轨道成键、离子中存在3个σ键，由C的3个sp2杂化轨道和三个O原子的2p轨道结合，离子为正三角形，而C中与分子平面垂直的另一个p轨道会与3个O原子中与分子平面垂直的p轨道结合成大π键，再加上所带的两个电荷，大π键中共有6个电子，从而形成π(6,4)键。碳酸根的离子半径小于次氯酸根，但是碳酸根可极化性也很强，能被极化。
1、与酸反应：
2、与碱（Ca(OH)2、Ba(OH)2）反应；与盐（CaCl2、BaCl2）反应：
3、水解：
因为碳酸根离子易与氢离子结合生成二氧化碳气体，所以可用酸来检验。
实验室一般用稀盐酸与澄清石灰水来检验。取样，加入盐酸生成的气体通入澄清的石灰水中。可以观察到有无色无味的气体生成，且该气体通入澄清的石灰水中有浅黄色沉淀生成的现象。则说明该物质中含有碳酸根离子或者碳酸氢根离子或亚硫酸根离子或亚硫酸氢根离子。另取试样，加入氯化钙有沉淀生成，即可证明含有碳酸根离子。其实也可以直接加入氯化钙产生浅黄色沉淀，加入稀盐酸，产生无色无味的气体，通入澄清石灰水中出现浅黄色沉淀，即可证明[1] 。
油田主要用化学滴定法测定碳酸根和碳酸氢根，可以盐酸为滴定剂，用电导滴定法快速测定工业水中HCO3-含量。因为水中电导率会随着盐酸滴入而发生变化，所以通过测电导率值可绘制出滴定曲线，确定滴定终点，进而求出HCO3-的含量。此方法简单快速、结果准确、精密度高，滴定终点极易确定，适合于水质检验、环境监测和工业生产监控。滴定法是比较传统且非常成熟的一种测定方法，能够简单快捷地测得水样中HCO3-的含量，但主要适合于实验室临时操作。[2]
离子选择电极是20世纪60年代发展起来的一种新的电化学分析工具，设备简单、测量方便、易于自动化、分析准确、快捷，在国外已广泛应用于工业分析。采用双电极法来测定碳酸根和碳酸氢根，电极为测氢离子浓度的离子选择电极和502型二氧化碳气敏电极，并把整个测试系统设计成测量HCO3-和CO32-的自动化仪表，该系统以单片机为核心进行控制和信号处理，采用高输入阻抗的测量电路与高内阻的CO2相匹配，信号放大电路实现信号放大，温度补偿电路以保证溶液温度的稳定。整个测试过程只需十多分钟，并可长时间连续工作，但对外界环境的稳定性和电极测量的重现性要求较高。实现测量的准确性、快速性，并实现仪器的小型化、智能化，可方便地用于在线测定。[2]
有学者提出了基于气态进样技术的电感耦合等离子体原子光谱法对水样中HCO3-和CO32-含量进行测定。将试样与一定量的稀盐酸反应生成的CO2以气态进样方式导入仪器进行检测，测定CO2气体中碳含量的分析谱线波长为247.86nm。实验将同一份试样溶液与不同体积的0.01mol/L盐酸溶液反应，绘制出CO2的释放量与相应的盐酸消耗量（mL）之间的曲线，即可计算出样品中CO32-和HCO3-的含量，HCO3-和CO32-的检出限分别为0.21mg/L和0.82mg/L。[2]