灰巖是水成岩，成分是碳酸鈣，是層狀結構。

灰巖幾乎由純的方解石構成，其它成分的總含量常在5%以下，其中較為常見的是粘土礦物、石英粉砂、鐵質微粒、海綠石、有機質等。在與砂岩過渡的灰巖中可含較多陸源碎屑，白雲石化也可使白雲石含量增加。

灰巖較為複雜，有碎屑結構和晶粒結構兩種。碎屑結構多由顆粒、泥晶基質和亮晶膠結物構成。顆粒又稱粒屑，主要有內碎屑、生物碎屑和鮞粒等，泥晶基質是由碳酸鈣細屑或晶體組成的灰泥，質點大多小於0.05毫米，亮晶膠結物是充填於岩石顆粒之間孔隙中的化學沉澱物，是直徑大於0.01毫米的方解石晶體顆粒;晶粒結構是由化學及生物化學作用沉澱而成的晶體顆粒。

冶煉生鐵、鋼和有色金屬時作為熔劑的石灰岩，稱作熔劑灰巖，也叫冶金灰巖。它能使礦石中各種雜質和燃料中的灰分變成爐渣，並有脫磷脫硫的能力。

灰巖是由碳酸鈣礦物組成的集合體。灰巖顏色可以是淺灰色，也可以是灰色或深灰色。灰巖屬於化學沉積岩，一般形成於淺海環境。灰巖在沉積形成過程中，由於有雜質如矽、鎂元素混入，可形成矽質灰巖、白雲質灰巖，當有泥質混入時可形成泥質灰巖。