A carbonatação é um fenômeno químico que se produz na superfície do concreto e prossegue durante anos. Ao longo desta reação, o hidróxido de cálcio (Ca(OH)2) combina-se com o gás carbônico do ar atmosférico (CO2), na razão de 0,03 a 0,05% em volume, para formar o carbonato de cálcio (CaCO3), insolúvel em água, que se deposita nos poros do concreto, fechando-os.

A carbonatação depende, em primeiro lugar, do estado da pasta de cimento endurecida. A disposição dos poros e a quantidade de água retida são determinantes principais, e as duas influenciam a penetração do ar.

A frente de carbonatação é constituída por uma superfície irregular, separando a zona carbonatada e a zona não carbonatada.

A profundidade de carbonatação varia de um ponto para outro, de acordo com a permeabilidade do concreto, e é uma variável não transiente. A profundidade de carbonatação é calculada em função da idade do concreto e do coeficiente de carbonatação.