Die Carboxygruppe setzt sich aus einer Carbonylgruppe und einer Hydroxygruppe zusammen. Die Carboxygruppe und spezielle die O-H-Bindung ist stark polar und reagiert deshalb sauer. Die Polarisierung ergibt sich durch die hohe Elektronegativität der Sauerstoffatome und die geringe Elektronegativität des Wasserstoffatoms. Die Sauerstoffatome ziehen die Bindungselektronen stärker zu sich (orangene Pfeile). Zum einen zieht das Sauerstoffatom der O-H-Bindung Elektronen zu sich und zusätzlich zieht das Sauerstoffatom der C=O-Doppelbindung Elektronen zu sich.

Das Ergebnis ist eine positive Teilladung (wenig Elektronen) am Wasserstoffatom und eine negative Teilladung (viele Elektronen) an sämtlichen Sauerstoffatomen. Dies zeigt man durch positive und negative Teilladungen: ∂+ und ∂-.

In einem Zitronensäuremolekül liegen drei Carboxygruppen vor.

Die starke Polarisierung der Carboxygruppe sorgt dafür, dass sich leicht das Proton (positiv geladenes Wasserstoffatom) abspaltet.

Somit reagiert ein Molekül einer beliebigen Carbonsäure als Protonendonator und damit als Säure. Das Proton wird leicht auf ein Wassermolekül übertragen, wodurch das Oxoniumion entsteht. Das Oxoniumion ist typisch für eine saure Lösung.

Die Salze der Alkansäuren heißen Alkanoate. Zu dem Stammnamen, der sich aus der Kettenlänge ergibt wird die Endung "oat" ergänzt. Auch für die Salze der Carbonsäuren werden häufig umgangssprachliche Trivialnamen verwendet.

Bei komplexeren Carbonsäuren werden meist nur die Trivialnamen verwendet.