Calciumcarbonat, veraltet kohlensaurer Kalk, CaCO₃, bildet drei Modifikationen: den trigonalen Calcit (Kalkspat), den rhombischen Aragonit und den hexagonalen Valerit. Bei niedrigen Temperaturen kristallisiert aus Wasser das rhomboedrische Hexahydrat CaCO₃·6 H₂O, welches an der Luft rasch zur wasserfreien Form verwittert. C. ist in Wasser schwerlöslich (K_L = 0,87·10^-8 bei 25 °C, d. h. es lösen sich 0,00009 g C. in 100 g Wasser). C. bildet sich unter Einwirken von Kohlendioxid auf Calciumoxid oder -hydroxid. Erhitzt man C., so erreicht der CO₂-Druck bei 898 °C Atmosphärendruck. Oberhalb dieser Temperatur zersetzt es sich zu Calciumoxid und CO₂. Diesen Vorgang, das Kalkbrennen, wird zur großtechnischen Herstellung gebrannten Kalks CaO und CO₂ genutzt (z. B. im Solvay-Verfahren Soda). Durch die Behandlung von gebranntem Kalk mit Wasser bildet sich Ca(OH)₂. Bereits in schwachsaurer Lösung (z. B. wäßr. Ammoniumchloridlösung zersetzt sich C. unter CO₂-Entwicklung: CaCO₃ + 2 NH₄Cl → CaCl₂ + CO₂ + NH₃ + H₂O. Leitet man in eine wäßr. Aufschlämmung von C. CO₂, so löst es sich unter Bildung von Calciumhydrogencarbonat CaHCO₃: CaCO₃ + H₂O + CO₂ → Ca(HCO₃)₂ (Bildung der temporären Härte des Wasser).

In der Natur kommt C. als Calcit (Kalkspat), als Aragonit sowie in feinkristalliner Form als Kalkstein, Kreide und Marmor vor. Der in Island vorkommende Kalkspat ist doppelbrechend und wird auch Doppelspat genannt. Der durch Ton verunreinigte Kalkstein wird als Mergel bezeichnet, bei größeren Tongehalten als Tonmergel, bei geringeren Gehalten als Kalkmergel. Außerdem findet sich C. im Dolomit CaCO₃·MgCO₃. In der belebten Natur kommt C. z. B. in den Kalkgehäusen verschiedener Meerestiere (Muscheln, Korallen), in Eierschalen u. a. vor.

Große technische Bedeutung hat die thermische Zersetzung von C. zu CO₂ und CaO, den Basismaterialien zur Produktion von Soda, Pottasche, Calciumcarbid und Löschkalk, sowie das Brennen des Kalks zusammen mit Ton zu Zement. C. kommt in der Glas- und Keramikindustrie zur Anwendung, dient als Düngemittel und in Form von Schlämmkreide als weiße Anstrichfarbe. Reines, feingepulvertes C. benutzt man zur Entsäuerung von Wein.