菱铁矿分子式FeCO3。理论组成（%）：FeO 62.01，CO2 37.99。FeCO3与MnCO3和MgCO3可形成完全类质同象系列，与CaCO3形成不完全类质同象系列，因而其中常有Mn、Mg、Ca替代，形成变种的锰菱铁矿、钙菱铁矿、镁菱铁矿。
    菱铁矿为三方晶系，方解石型结构，复三方偏三角面体晶类。晶体呈菱面体状、短柱状或偏三角面体状。通常呈粒状、土状、致密块状集合体。沉积层中的结核状菱铁矿呈球形隐晶质偏胶体，称为球菱铁矿。
    菱铁矿为浅灰白或浅黄白色，有时微带浅褐色；风华后为褐色、棕红色、黑色。玻璃光泽，隐晶质无光泽。透明至半透明。解理完全。硬度4.相对密度3.7-4.0，随Mn、Mg含量增高而降低。有的菱铁矿在阴极射线下呈橘红色。
    沉积成因者，常产于粘土或页岩层、煤岩层中，具有胶状、鲕状、结核状形态，与鲕状赤铁矿、鲕状绿泥石和针铁矿等共生。我国元古代、古生代地层中，都产有菱铁矿层。东北辽河群的大栗子富铁矿床，即由赤铁矿体、磁铁矿体及菱铁矿体所组成，历经成岩变质作用，菱铁矿呈粒状或致密块状；热液成因者，可单独存在或与铁白云石和方铅矿、闪锌矿、黄铜矿、磁黄铁矿等硫化物共生。有时交代石灰岩、白云岩等碳酸盐岩，呈不规则的交代矿层出现。
    菱铁矿在氧化带不稳定，易分解成水赤铁矿、褐铁矿而成铁帽。