La piedra caliza pura se compone de dos componentes minerales: carbonato de calcio y carbonato de calcio-magnesio. La fórmula química para el carbonato de calcio es el CaCO3. La fórmula química para el carbonato de calcio y magnesio es CaMg (CO3) 2.
El carbonato de calcio se conoce comúnmente como calcita, y el carbonato de calcio-magnesio se conoce comúnmente como dolomita. En la naturaleza, los depósitos de piedra caliza rara vez se componen de calcita pura o dolomita pura, aunque se han encontrado tales depósitos.
Bajo la definición académica de piedra caliza, cualquier roca sedimentaria con al menos 50 por ciento de calcita y contenido de dolomita se considera piedra caliza. Según la definición comercial común, la roca sedimentaria debe contener al menos un 80 por ciento de calcita y dolomita para ser definida como piedra caliza.