Karbonatna alkalnost meri količino negativno nabitih karbonatnih in bikarbonatnih atomov v raztopini. Bikarbonatni ioni so sestavljeni iz atoma vodika, atoma ogljika in treh atomov kisika ter imajo naboj -1. Karbonatni ioni imajo enako strukturo kot bikarbonatni ioni, vendar brez atoma vodika in imajo naboj -2. Oba iona sta bazična, zato lahko nevtralizirata kisline, če jih damo v kislo raztopino v pravih koncentracijah. Pogosto jih najdemo skupaj v njihovih najpogostejših aplikacijah, vendar niso vedno in ravnovesje med njima ni potrebno v dani rešitvi.
Merjenje karbonatne alkalnosti je pomembno pri ohranjanju čistosti in celovitosti vodnega telesa, zato je še posebej pomembno v okoljskih kontekstih. Ko je pH vode nad 8.3, njena alkalnost ponavadi izvira iz karbonatnih ionov, pod tem pragom pa alkalnost običajno izvira iz bikarbonatnih ionov. Če ima voda visoko alkalnost, se lahko upre spremembam pH in ostane razmeroma nevtralna, če pa ima nizko alkalnost, lahko njen pH zelo hitro pade. Ko se pH zniža, se število karbonatnih in bikarbonatnih ionov zmanjša do približno pH 4.5, ko vsi ioni izginejo. Natančna alkalnost vodnega telesa ni tako pomembna, kot je v sprejemljivem območju, ta razpon pa se lahko razlikuje glede na vodno telo, ki se spremlja.
Pogostejši kontekst, v katerem se meri karbonatna alkalnost, je spremljanje pH v bazenih. Alkalnost je tesno povezana s pH vrednostjo, zato ko kompleti za testiranje vode merijo pH, posredno merijo tudi alkalnost. V tem primeru je vedno ravnotežje med karbonatnimi in bikarbonatnimi ioni, čeprav je v bazenski vodi običajno več bikarbonatnih ionov kot karbonatnih ionov, saj se pH vode v bazenu pogosto giblje precej blizu nevtralnega pH 7.
Alkalnost se običajno meri v miligramih na liter kalcijevega karbonata, ki je kalcijev ion, vezan na karbonatni ion. Karbonatna alkalnost se uporablja tudi pri določanju trdote vode. Višja karbonatna alkalnost običajno pomeni tršo vodo. Kljub tej lastnosti so karbonatni ioni pravzaprav zelo uporabni tudi za čiščenje vode. Karbonatni in bikarbonatni ioni se lahko vežejo na strupene kovine v vodi in jih oborijo iz vode kot trdne snovi, pri čemer delujejo kot naravni čistilni sistem in dajejo vodi nekoliko odpornost na nekatere vrste onesnaženja.