碳酸（英文名：Carbonic acid）是一种
二元弱酸，化学式为H2CO3，电离常数都很小。在
常温、
常压下，
二氧化碳饱和溶液的浓度约为0.033mol/L，pH为5.6，pKa1=6.35，pKa2=10.33。
纯的
原碳酸以C(OH)4存在是个不稳定的晶体，遇水剧烈分解。
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，碳酸分子只出现于
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。其中第一电离常数Ka1只是表观
电离常数，因为假定所有溶于水的CO都以H2CO3的形式存在。实际上，大部分溶解的CO2是以弱的水合分子存在。CO2和H2O作用生成H2CO3以及H2CO3分解这两种过程达到平衡的速度都是很慢的，这就使人们可区分H2CO3与弱的水合CO2。用真实的H2CO3浓度，第一有效电离常数大约为2×10-4。
碳酸是二元弱酸，会分步电离，有微腐蚀性。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600：1。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。
已制备出纯碳酸（碳酸晶体），但条件非常苛刻，要保存在绝对无水的条件下，不然纯碳酸会剧烈分解。将碳酸钠Na2CO3悬浮于
乙醚中并冷至243K，可和
氯化氢HCl反应得到碳酸乙醚加合物晶体，H2CO3·(C2H5)2O。该晶体在263K分解．在
二甲醚中有相似的反应，可得碳酸二甲醚晶体H2CO3·(CH3)2O。该晶体在226K熔化，得
粘稠的液体，约在278K分解。
红外光谱和1H
核磁共振谱都证实它的分子式为OC(OH)2·(CH3)2O，已知它的ΔHf=-640kJ/mol。
有时，碳酸也会给人们日常生活带来麻烦。地面上的二氧化碳气体溶于水，生成碳酸。当地面水渗入地下时，碳酸也被带到地下，并与地下石灰岩里不溶于水的
碳酸钙发生化学反应，生成可溶于水的
碳酸氢钙。含有碳酸氢钙的水称为“
硬水”，因此地下水都属于“硬水”。江河里的水不含碳酸氢钙，不是“硬水”。
有些地方所用的自来水的水源是地下水，在煮开水时，水中的
碳酸氢钙受热分解成
碳酸钙、二氧化碳和水。碳酸钙是不溶解在水中的沉淀物，它沉积在水壶和锅炉的壁上，天长日久便成为一层白色的很坚硬的物质，称为锅垢（俗称
水碱）。这层碳酸钙的导热性很差，因此烧水时会浪费燃料。如果锅炉和管道中的锅垢太厚，还有发生爆炸的危险。所以，工业生产中总是把“硬水”先用化学方法除去或减少碳酸钙，使它软化以后再用。