化學組成CaMg［CO3］2。CaO含量為30.41%，MgO含量為21.86%，CO2含量為47.33%。成分中的Mg可被Fe，Mn，Co，Zn替代；Ca可被Pb，Na替代。其中，Fe能完全代換Mg，當Fe＞Mg時稱鐵白雲石（Ankerite）；Fe與Mn的替代有限，富Mn時稱錳白雲石（Kutnohorite）；富Pb，Co，Zn者分別稱鉛白雲石、鈷白雲石、鋅白雲石。
晶體結構三方晶系；方解石型結構的衍生結構（圖20-5）； 。菱面體晶胞：arh=0.6061nm；a=47°37′；Z=1；六方晶胞：ah=0.4861nm，ch=1.601nm；Z=3。
圖20-5 白雲石晶體結構
白雲石中的Ca2+和Mg2+均占據方解石型結構中Ca2+的位置，但Ca2+和Mg2+在垂直3次軸方向上分別成層交替排列，導致白雲石的對稱程度低於方解石；若Fe，Mn代替Mg，可導致白雲石晶胞增大
圖20-6 白雲石晶體形態
（a—據潘兆櫓等，1993；b—馬鞍狀形態據Sadebeck，1876）
菱面體r｛ ｝，m｛ ｝；六方柱a｛ ｝
形態對稱型 。晶體常呈菱面體，晶面常彎曲成馬鞍狀（圖20-6），鏡下見馬鞍形者具晶疇相嵌結構。常依｛0001｝，｛ ｝，｛ ｝，｛ ｝及｛ ｝形成雙晶；其中，｛ ｝雙晶紋平行於菱面體解理面長、短對角線，為機械滑移雙晶（圖20-6）。集合體常呈粒狀或致密塊狀，有時呈多孔狀和腎狀。
物理性質無色或白色，含鐵者黃褐色，含錳者略顯紅色；玻璃光澤；透明。硬度3.5～4；解理｛ ｝完全，解理面常彎曲；性脆。相對密度2.85，隨Fe，Mn，Pb，Zn含量增多而增大。有的用陰極射線照射發橘紅光。
成因及產狀自然界分布廣泛，主要有沈積和熱液兩種成因，也是巖漿成因碳酸巖的主要組成礦物。在高級變質作用中可被分解成方鎂石和水鎂石。
鑒定特征馬鞍狀晶形，平行解理面對角線的雙晶紋，遇冷鹽酸不劇烈起泡。
主要用途用作耐火材料及高爐煉鐵的熔劑；部分可作提取鎂的原料。白雲石大理巖可作建築石材。