Vakiomallinen CD-R-levy on polykarbonaatista valmistettu 1,2 mm paksu levy, jonka halkaisija on noin 120 mm (5″). 120 mm:n (5″) levyn tallennuskapasiteetti on 74 minuuttia ääntä tai 650 megatavua dataa. CD-R/RW-levyjen kapasiteetti on 80 minuuttia ääntä tai 737 280 000 tavua (700 MiB), mikä saavutetaan muovaamalla levy Orange Book CD-R/CD-RW -standardeissa määritellyin sallituin toleranssein. Valmistustoleransseihin varattu tekninen marginaali on sen sijaan käytetty datakapasiteettiin, eikä valmistukseen ole jätetty mitään toleranssia; jotta nämä levyt olisivat todella Orange Book -standardin mukaisia, valmistusprosessin on oltava täydellinen.
Edellisestä huolimatta useimpien markkinoilla olevien CD-R-levyjen kapasiteetti on 80 minuuttia. On olemassa myös 90 minuutin/790 MiB- ja 99 minuutin/870 MiB-levyjä, vaikka ne ovatkin harvinaisempia (ja poikkeavat suoraan Orange Book -standardista). ATIP:n tietorakenteiden rajoitusten vuoksi (ks. jäljempänä) 90- ja 99-minuuttiset aihiot tunnistetaan 80-minuuttisiksi. (Koska ATIP on osa Orange Book -standardia, on luonnollista, että sen rakenne ei tue joitakin standardista poikkeavia levykokoonpanoja). Lisäkapasiteetin käyttämiseksi nämä levyt on siis poltettava käyttämällä CD-tallennusohjelmiston ”overburn”-vaihtoehtoja. (Ylipoltto on saanut nimensä siksi, että se ei kuulu kirjoitettuihin standardeihin, mutta markkinoiden kysynnän vuoksi siitä on kuitenkin tullut useimmissa CD-levyasemissa ja niiden ohjelmistoissa de facto vakiotoiminto.)
Jotkut asemat käyttävät erityisiä tekniikoita, kuten Plextorin GigaRec tai Sanyon HD-BURN, kirjoittaakseen enemmän dataa tietylle levylle; nämä tekniikat ovat luonnostaan poikkeamia Compact Disc -standardeista (Red, Yellow ja/tai Orange Book), minkä vuoksi tallennetut levyt ovat omaa muotoilua eivätkä täysin yhteensopivia tavanomaisten CD-soittimien ja -asemien kanssa. Tietyissä sovelluksissa, joissa levyjä ei jaeta tai vaihdeta yksityisen ryhmän ulkopuolelle eikä niitä arkistoida pitkään aikaan, oma formaatti voi kuitenkin olla hyväksyttävä tapa saada suurempi kapasiteetti (jopa 1,2 GiB GigaRec-levyllä tai 1,8 GiB HD-BURN-levyllä 99-minuuttisella levyllä). Suurimpana riskinä tällaisen suojatun tallennusmuodon käytössä, olettaen, että se toimii luotettavasti suunnitellulla tavalla, on se, että voi olla vaikeaa tai mahdotonta korjata tai korvata tallennusvälineen lukemiseen käytettyä laitteistoa, jos se vioittuu, vahingoittuu tai katoaa sen jälkeen, kun sen alkuperäinen valmistaja on lopettanut sen käytön.
Mikään Red, Yellow tai Orange Book -standardeissa ei estä levyjen luku-/kirjoituslaitteita lukemasta tai kirjoittamasta levyjä, jotka ylittävät Compact Disc -standardit. Standardit edellyttävät, että levyjen on täytettävä tarkat vaatimukset, jotta niitä voidaan kutsua Compact Disc -levyiksi, mutta muita levyjä voidaan kutsua muilla nimillä; jos tämä ei olisi totta, mikään DVD-asema ei voisi laillisesti käyttää Compact Disc -logoa. Vaikka levysoittimissa ja -asemissa voi olla standardeja laajempia ominaisuuksia, joiden avulla ne voivat lukea ja kirjoittaa myös muita kuin standardeja levyjä, ei ole mitään takeita siitä, että jokin tietty soitin tai asema toimisi standardeja laajemmin tai johdonmukaisesti, koska valmistajalla ei ole nimenomaisia lisämäärittelyjä tavanomaisen Compact Disc -logon sertifioinnin lisäksi. Jos sama laite, jolla ei ole Compact Disc -logon lisäksi muita nimenomaisia suorituskykyvaatimuksia, käsittelee aluksi luotettavasti epätyypillisiä levyjä, ei myöskään ole varmuutta siitä, että se ei myöhemmin lakkaa toimimasta näin, eikä siinä tapauksessa ole varmuutta siitä, että se voidaan saada toimimaan uudelleen huollolla tai säädöllä. Tämän vuoksi levyt, joiden kapasiteetti on yli 650 megatavua ja erityisesti yli 700 megatavua, ovat huonommin vaihdettavissa soittimien/asemien välillä kuin standardilevyt, eivätkä ne sovellu kovin hyvin arkistointikäyttöön, koska niiden luettavuus tulevilla laitteilla tai edes samoilla laitteilla tulevaisuudessa ei ole varmaa, vaikka oletettaisiinkin, että levyt eivät heikkene lainkaan.
Polykarbonaattilevyissä on spiraalimainen ura, jota kutsutaan ”esiuraksi” (koska se valetaan sisään ennen kuin tiedot kirjoitetaan levylle), joka ohjaa lasersädettä kirjoitettaessa ja luettaessa tietoa. Pregroove on valettu polykarbonaattikiekon yläpuolelle, jonne olisi valettu kuoppia ja maita, jos kyseessä olisi puristettu (ei-tallennettava) Red Book -CD-levy; soittimen tai aseman lasersäteeseen päin oleva alapuoli on tasainen ja sileä. Polykarbonaattilevy on päällystetty pregroove-puolelta hyvin ohuella orgaanisella väriainekerroksella. Tämän jälkeen väriaineen päälle levitetään ohut, heijastava kerros hopeaa, hopeaseosta tai kultaa. Lopuksi metalliheijastimen päälle levitetään suojapinnoite valopolymerisoituvasta lakasta, joka kovetetaan UV-valolla.
Tyhjä CD-R-levy ei ole ”tyhjä”, vaan pregroovassa on heilahdus (ATIP), joka auttaa kirjoittavaa laseria pysymään radalla ja kirjoittamaan dataa levylle tasaisella nopeudella. Tasaisen nopeuden ylläpitäminen on tärkeää, jotta väriainekerrokseen poltettujen kuoppien ja maakerrosten oikea koko ja etäisyys toisistaan voidaan varmistaa. ATIP (absolute time in pregroove) on ajoitustietojen lisäksi myös datarata, joka sisältää tietoja CD-R-levyn valmistajasta, käytetystä väriaineesta ja mediatiedoista (levyn pituus jne.). Esiuraa ei tuhota, kun tiedot kirjoitetaan CD-R-levylle, ja tätä seikkaa jotkut kopiosuojausjärjestelmät käyttävät erottaakseen kopiot alkuperäisestä CD-levystä.
CD-R-levyissä käytetään kolmea väriaineen perusmuotoa:
- Syaaniväriaineella värjätyt CD-R-levyt kehitettiin varhaisimmin, ja niiden muotoilun on patentoinut Taiyo Yuden. Tähän väriaineeseen perustuvat CD-R-levyt ovat väriltään useimmiten vihreitä. Aikaisemmat mallit olivat kemiallisesti hyvin epävakaita, minkä vuoksi syaniinipohjaiset levyt eivät soveltuneet arkistokäyttöön; ne saattoivat haalistua ja muuttua lukukelvottomiksi muutamassa vuodessa. Monet valmistajat, kuten Taiyo Yuden, käyttävät patentoituja kemiallisia lisäaineita vakaampien syaniinilevyjen valmistamiseksi (”metal stabilized Cyanine”, ”Super Cyanine”). Vanhemmat syaniiniväriaineeseen perustuvat CD-R-levyt sekä kaikki syaniiniin perustuvat hybridiväriaineet ovat hyvin herkkiä UV-säteilylle, ja ne voivat muuttua lukukelvottomiksi jo muutaman päivän kuluttua, jos ne altistuvat suoralle auringonvalolle. Vaikka käytetyt lisäaineet ovat tehneet syaniinista vakaamman, se on edelleen UV-säteilylle herkin väriaine (se osoittaa hajoamisen merkkejä viikon kuluessa suorasta auringonvalosta). Yleinen virhe, jonka käyttäjät tekevät, on jättää CD-R-levyt ”kirkas” (tallentava) pinta ylöspäin suojatakseen sitä naarmuilta, sillä tällöin aurinko osuu suoraan tallentavaan pintaan.
- Ftalosyaniiniväriaineella värjätyt CD-R-levyt ovat yleensä hopean-, kullan- tai vaaleanvihreitä. Ftalosyaniini-CD-RD-levyjen patentit ovat Mitsuin ja Ciba Specialty Chemicalsin hallussa. Ftalosyaniini on luonnostaan stabiili väriaine (ei tarvitse stabilointiaineita), ja siihen perustuville CD-R-levyille annetaan usein satojen vuosien käyttöikä. Toisin kuin syaniini, ftalosyaniini ei kestä yhtä hyvin UV-säteilyä, ja tähän väriaineeseen perustuvissa CD-R-levyissä on havaittavissa hajoamisen merkkejä vasta kahden viikon suoran auringonvalon jälkeen. Ftalosyaniini on kuitenkin syaniinia herkempi kirjoituslaserin tehokalibroinnille, mikä tarkoittaa, että kirjoituslaserin käyttämä teho on säädettävä tarkemmin levylle, jotta tallennus olisi hyvä; tämä saattaa heikentää väriaineen vakaudesta saatavaa hyötyä, koska marginaalisesti kirjoitetut levyt (joilla on suurempi korjattavissa oleva virhetaso) menettävät tietoja (esim.
- Atsoväriaine-CD-levyt ovat väriaineen hajoamisen jälkeen tummansinisiä, ja Mitsubishi Chemical Corporation on patentoinut niiden koostumuksen. Azovärit ovat myös kemiallisesti stabiileja, ja atsovärjättyjen CD-R-levyjen käyttöikä on yleensä vuosikymmeniä. Atsovärit kestävät parhaiten UV-valoa, ja ne alkavat hajota vasta kolmannen tai neljännen viikon suoran auringonvalon jälkeen. Nykyaikaisempia toteutuksia tästä väriaineesta ovat Super Azo, joka ei ole yhtä syvän sininen kuin aikaisempi Metal Azo. Tämä koostumuksen muutos oli välttämätön nopeampien kirjoitusnopeuksien saavuttamiseksi.
Väriaineformulaatioista on monia hybridivariaatioita, kuten Kodakin Formazan (syaniinin ja ftalosyaniinin hybridi).
Monet valmistajat ovat valitettavasti lisänneet lisäväriaineita häivyttääkseen epävakaat syaniini-CD-RD-levyjään, joten levyn koostumusta ei voi määritellä pelkästään sen värin perusteella. Samoin kultainen heijastava kerros ei takaa ftalosyaniinivärin käyttöä. Levyn laatu ei riipu ainoastaan käytetystä väriaineesta, vaan siihen vaikuttavat myös tiivistys, pintakerros, heijastava kerros ja polykarbonaatti. Pelkkä levyn valinta väriainetyypin perusteella voi olla ongelmallista. Lisäksi kirjoitinlaitteen laserin oikea tehokalibrointi, laserpulssien oikea ajoitus, vakaa levyn nopeus ja niin edelleen ovat kriittisiä paitsi välittömän luettavuuden myös tallennetun levyn pitkäikäisyyden kannalta, joten arkistointia varten on tärkeää, että käytössä on laadukkaan levyn lisäksi laadukas kirjoitinlaite. Itse asiassa korkealaatuinen kirjoitin voi tuottaa riittäviä tuloksia keskitasoisella tietovälineellä, mutta korkealaatuinen tietoväline ei voi korvata keskinkertaista kirjoitinta, eivätkä tällaisella kirjoittajalla kirjoitetut levyt voi saavuttaa maksimaalista mahdollista arkistointiaikaa.