Die Carbonatalkalinität misst die Menge an negativ geladenen Carbonat- und Bicarbonatatomen in einer Lösung. Bicarbonationen bestehen aus einem Wasserstoffatom, einem Kohlenstoffatom und drei Sauerstoffatomen und haben eine Ladung von -1. Carbonat-Ionen haben die gleiche Struktur wie Bicarbonat-Ionen, jedoch ohne das Wasserstoffatom, und sie haben eine Ladung von -2. Beide Ionen sind basisch, können also Säuren neutralisieren, wenn sie in der richtigen Konzentration in eine saure Lösung gegeben werden. Sie werden oft in ihren häufigsten Anwendungen zusammen gefunden, aber sie sind es nicht immer, und ein Gleichgewicht zwischen ihnen ist in einer gegebenen Lösung nicht erforderlich.
Die Messung der Karbonatalkalinität ist wichtig, um die Reinheit und Integrität eines Gewässers zu erhalten, daher ist sie in Umweltkontexten besonders wichtig. Wenn der pH-Wert des Wassers über 8.3 liegt, kommt seine Alkalität in der Regel von Karbonationen, und unterhalb dieses Schwellenwerts kommt die Alkalität normalerweise von Bikarbonationen. Wenn Wasser eine hohe Alkalität hat, kann es pH-Änderungen widerstehen und relativ neutral bleiben, aber wenn es eine niedrige Alkalität hat, kann sein pH-Wert sehr schnell abfallen. Wenn der pH-Wert niedriger wird, sinkt die Anzahl der Carbonat- und Bicarbonat-Ionen, bis etwa pH 4.5, wenn alle Ionen verschwunden sind. Die genaue Alkalität eines Gewässers ist nicht so wichtig wie ein akzeptabler Bereich, und dieser Bereich kann je nach überwachtem Gewässer variieren.
Ein häufigerer Kontext, in dem die Karbonatalkalität gemessen wird, ist die Überwachung des pH-Werts von Schwimmbädern. Die Alkalinität ist eng mit dem pH-Wert verbunden. Wenn die Wassertestkits also den pH-Wert messen, messen sie auch indirekt die Alkalinität. In diesem Fall besteht immer ein Gleichgewicht zwischen Karbonat- und Bikarbonat-Ionen, obwohl im Beckenwasser tendenziell mehr Bikarbonationen als Karbonationen vorhanden sind, da der pH-Wert des Beckenwassers oft ziemlich nahe am neutralen pH-Wert von 7 liegt.
Die Alkalinität wird normalerweise in Milligramm pro Liter Calciumcarbonat gemessen, bei dem es sich um ein an ein Carbonation gebundenes Calciumion handelt. Die Karbonatalkalität hat auch eine Anwendung bei der Bestimmung der Wasserhärte. Eine höhere Karbonatalkalität führt normalerweise zu härterem Wasser. Trotz dieser Eigenschaft sind Karbonationen eigentlich auch sehr nützlich zur Reinigung von Wasser. Karbonat- und Bikarbonat-Ionen können im Wasser giftige Metalle binden und als Feststoffe aus dem Wasser ausscheiden, als natürliches Reinigungssystem wirken und dem Wasser eine gewisse Widerstandsfähigkeit gegen bestimmte Arten von Verschmutzungen verleihen.