碳酸是一种二元酸，其电离分为两步：H₂CO₃ ⇌ HCO₃- + H+ Ka1 = 4.2×10-7 mol/L pKa1 = 6.38(25 °C)。HCO3-⇌ CO32- + H+ Ka2 = 5.61×10-11 mol/L pKa2 = 10.25 (25 °C)。
需要注意的是，以上所述值并不适用于实际估算碳酸的酸性，因为单个碳酸分子的酸性比醋酸和甲酸都要强。实际上，碳酸分子只出现在二氧化碳和水的动态平衡中，其浓度比二氧化碳低得多，故酸度实际上较低。
化学性质：
碳酸显酸性，会使紫色石蕊试液变成红色。二氧化碳在溶液中大部分是以微弱结合的水合物形式存在，只有一小部分形成碳酸（H2CO3）——饱和CO2溶液中只有1%的CO2与H2O化合成碳酸。在常温时，CO2 ：H2CO3为600。
碳酸的热稳定性很差。碳酸加热时全部分解并放出二氧化碳。碳酸在碱的作用下，能生成酸式碳酸盐M(HCO3)2和碳酸盐MCO3（M代表二价金属）。
许多金属的酸式碳酸盐的溶解度稍大于正盐，其溶解度和Pco2（二氧化碳分压）有关。Pco2大，碳酸盐溶解于水Pco2小（或升温），析出碳酸盐，自然界的钟乳石就是这样形成的。硬水加热软化就是因为生成了碳酸盐沉淀。所有的酸式碳酸盐受热均分解为CO2和相应的正盐。
碳酸的电离和水解方程式电离：Na2CO3=2Na++CO32-。水第一步：CO32-+H2O=HCO3-+OH-
第二步：HCO3-+H2O=H2CO3+0H-。只有碳酸根才存在水解，碳酸钠是盐，完全电离。碳酸根只存在水解：co3 2-+h2o=可逆=hco3-+oh-（还有第二步，不过程度很小）碳酸氢根就存在电离和水解：hco3-=可逆=h++co32-(电离)，hco3-+h2o=可逆=h2co3+oh-(水解，也是碳酸根的第二步水解)，并且碳酸氢根水解大于电离。
