O composto químico, que desencadeia o fenômeno da carbonatação no concreto é bem conhecido, facilmente encontrado nos centros urbanos, como túneis e viadutos, onde o concreto está exposto à alta concentração de gás carbônico (CO2) que penetra nos poros do concreto, dilui-se na umidade presente na estrutura e forma o composto chamado ácido carbônico (H2CO3). Este ácido reage com alguns componentes da pasta de cimento hidratada e resulta em água e carbonato de cálcio (CaCO3). O composto que reage rapidamente com (H2CO3) é o hidróxido de cálcio (Ca(OH)2). O carbonato de cálcio não deteriora o concreto, porém durante a sua formação consome os álcalis da pasta (ex: Ca(OH)2 e C-S-H) e reduz o pH.
O concreto normalmente possui pH entre 12,6 e 13,5. Ao se carbonatar, estes números reduzem para valores próximos de 8,5. A carbonatação inicia-se na superfície da estrutura e forma a frente de carbonatação, composta por duas zonas com pH distintos (uma básica e outra neutra),que avança em direção ao interior do concreto e, quando alcança a armadura, ocorre a despassivação do aço, tornando-se vulnerável.
Após a despassivação, o processo de corrosão inicia-se com a presença de umidade (eletrólito), diferença de potencial (exemplo: diferença de aeração ou tensões entre dois pontos da barra ou do concreto), agentes agressivos (exemplo: CO2 ou fuligem) e oxigênio ao redor da armadura. Os danos causados são vários, como fissuração do concreto, desplacamento da camada de cobrimento do aço, redução da seção da armadura e perda de aderência com o concreto.