白雲石的化學成分主要是碳酸鈣（CaCO3），通常還含有少量的鎂（Mg）、鐵（Fe）、錳（Mn）、銅（Cu）、鋅（Zn）等金屬元素，以及鋇（Ba）、鉛（Pb）、鉻（Cr）等有害元素。
白雲石的分子式為CaMg(CO3)2，屬於三方晶系的碳酸鹽礦物。理論成分包括氧化鈣（CaO）30.4%、氧化鎂（MgO）21.9%、二氧化碳（CO2）47.7%。白雲石的顏色可能因含有其他元素和雜質而呈現灰綠、灰黃、粉紅等色，具有玻璃光澤。白雲石的摩氏硬度為3.5~4，比重約為2.8~2.9。由於其成分複雜，白雲石在行業中的套用需要準確的成分分析。