Een standaard-cd-r is een 1,2 mm (0,047 in) dikke schijf van polycarbonaat met een diameter van ongeveer 120 mm (5″). De schijf van 120 mm (5″) heeft een opslagcapaciteit van 74 minuten audio of 650 megabytes aan gegevens. CD-R/RW’s zijn verkrijgbaar met een capaciteit van 80 minuten audio of 737.280.000 bytes (700 MiB), hetgeen wordt bereikt door de schijf te gieten met de strakst toelaatbare toleranties die in de Orange Book CD-R/CD-RW-normen zijn gespecificeerd. De technische marge die voor fabricagetolerantie was gereserveerd, is gebruikt voor de gegevenscapaciteit, zodat er geen fabricagetolerantie overblijft; om werkelijk aan de Orange Book-norm te voldoen, moet het fabricageproces perfect zijn.
In weerwil van het voorgaande hebben de meeste CD-R’s op de markt een capaciteit van 80 minuten. Er zijn ook cd-r’s met een capaciteit van 90 minuten/790 Mbyte en 99 minuten/870 Mbyte, maar deze zijn minder gangbaar (en wijken volledig af van de Orange Book-standaard). Door de beperkingen van de datastructuren in de ATIP (zie hieronder) worden blanco’s van 90 en 99 minuten geïdentificeerd als blanco’s van 80 minuten. (Aangezien de ATIP deel uitmaakt van de Orange Book-standaard, is het logisch dat het ontwerp ervan sommige niet-standaard schijfconfiguraties niet ondersteunt). Om de extra capaciteit te kunnen gebruiken, moeten deze schijven worden gebrand met “overburning” opties in de CD opnamesoftware. (Overburning zelf wordt zo genoemd omdat het buiten de geschreven normen valt, maar door de vraag op de markt is het toch een de facto standaardfunctie geworden in de meeste CD-brandstations en de software daarvoor.)
Sommige drives gebruiken speciale technieken, zoals Plextor’s GigaRec of Sanyo’s HD-BURN, om meer gegevens op een bepaalde schijf te schrijven; deze technieken wijken inherent af van de Compact Disc (Red, Yellow, en/of Orange Book) normen, waardoor de opgenomen schijven een eigen formaat hebben en niet volledig compatibel zijn met standaard CD-spelers en drives. Voor bepaalde toepassingen waarbij de CD’s niet buiten een besloten groep worden verspreid of uitgewisseld en niet voor lange tijd worden gearchiveerd, kan een propriëtair formaat echter een aanvaardbare manier zijn om een grotere capaciteit te verkrijgen (tot 1,2 GiB met GigaRec of 1,8 GiB met HD-BURN op media van 99 minuten). Het grootste risico bij het gebruik van een dergelijk propriëtair data-opslagformaat, ervan uitgaande dat het betrouwbaar werkt zoals ontworpen, is dat het moeilijk of onmogelijk kan zijn om de hardware die wordt gebruikt om de media te lezen, te repareren of te vervangen als deze defect raakt, beschadigd wordt of verloren gaat nadat de oorspronkelijke verkoper ermee is gestopt.
Niets in de Red, Yellow of Orange Book-normen verbiedt dat schijflees/schrijfapparaten de capaciteit hebben om schijven te lezen of te schrijven die verder gaan dan de Compact Disc-normen. De normen schrijven wel voor dat schijven aan precieze eisen moeten voldoen om Compact Disc genoemd te mogen worden, maar de andere schijven mogen andere namen krijgen; als dat niet zo was, zou geen DVD-station legaal het Compact Disc-logo kunnen dragen. Hoewel schijfspelers en stations over mogelijkheden beschikken die verder gaan dan de normen, zodat zij schijven kunnen lezen en schrijven die niet aan de normen voldoen, is er, bij gebrek aan expliciete aanvullende specificaties van de fabrikant die verder gaan dan de normale certificatie van het Compact Disc-logo, geen enkele garantie dat een bepaalde speler of een bepaald station in het geheel niet of consequent verder zal presteren dan de normen. Bovendien, als hetzelfde apparaat zonder expliciete prestatiespecificaties buiten het Compact Disc logo aanvankelijk op betrouwbare wijze niet-standaard discs verwerkt, is er geen garantie dat het daar later niet mee zal ophouden, en in dat geval is er geen garantie dat het door service of afstelling weer geschikt kan worden gemaakt. Daarom zijn schijven met een capaciteit van meer dan 650 MB, en vooral die van meer dan 700 MB, minder uitwisselbaar tussen afspeelapparaten/drives dan standaardschijven en niet erg geschikt voor archiveringsdoeleinden, omdat hun leesbaarheid op toekomstige apparatuur, of zelfs op dezelfde apparatuur op een toekomstig tijdstip, niet verzekerd is, zelfs niet in de veronderstelling dat de schijven in het geheel niet zullen degraderen.
De schijf van polycarbonaat bevat een spiraalvormige groef, de “pregroove” genoemd (omdat deze wordt ingegoten voordat de gegevens op de schijf worden geschreven), om de laserstraal bij het schrijven en lezen van informatie te geleiden. De pregroef is in de bovenzijde van de polycarbonaatschijf gegoten, waar de putjes en landingspunten zouden worden gegoten indien het een geperste (niet-opneembare) CD uit het Rode Boek zou zijn; de onderzijde, die naar de laserstraal in de speler of het station is gericht, is vlak en glad. De schijf van polycarbonaat wordt aan de voorgroefzijde voorzien van een zeer dunne laag organische kleurstof. Vervolgens wordt bovenop de kleurstof een dunne, reflecterende laag zilver, een zilverlegering of goud aangebracht. Tenslotte wordt een beschermende laag van een fotopolymeriseerbare lak op de metalen reflector aangebracht en met UV-licht uitgehard.
Een lege CD-R is niet “leeg”; de voorgroef heeft een wiebeling (de ATIP), die de schrijvende laser helpt om op het juiste spoor te blijven en de gegevens met een constante snelheid naar de schijf te schrijven. Het aanhouden van een constante snelheid is van essentieel belang voor de juiste grootte en afstand van de putjes en landingspunten die in de kleurstoflaag worden gebrand. De ATIP (absolute time in pregroove) geeft niet alleen informatie over de timing, maar is ook een dataspoor dat informatie bevat over de CD-R-fabrikant, de gebruikte kleurstof en informatie over de media (disc-lengte enz.). De pregroove wordt niet vernietigd wanneer de gegevens naar de CD-R worden geschreven, een punt dat door sommige kopieerbeveiligingen wordt gebruikt om kopieën van een originele CD te onderscheiden.
Er zijn drie basisformuleringen van de in CD-R’s gebruikte kleurstof:
- CD-R’s met cyaninekleurstof waren de vroegste die werden ontwikkeld, en de formulering ervan is gepatenteerd door Taiyo Yuden. CD-R’s op basis van deze kleurstof zijn meestal groen van kleur. De vroegere modellen waren chemisch zeer onstabiel en dit maakte op cyanine gebaseerde schijven ongeschikt voor archiefgebruik; zij konden binnen enkele jaren verbleken en onleesbaar worden. Veel fabrikanten zoals Taiyo Yuden gebruiken eigen chemische additieven om stabielere cyanine schijven te maken (“metal stabilized Cyanine”, “Super Cyanine”). Oudere CD-R’s op basis van cyanine-kleurstof, evenals alle hybride kleurstoffen op basis van cyanine, zijn zeer gevoelig voor UV-straling en kunnen al na een paar dagen onleesbaar worden als ze aan direct zonlicht worden blootgesteld. Hoewel cyanine door de gebruikte additieven stabieler is geworden, is het nog steeds de kleurstof die het gevoeligst is voor UV-stralen (binnen een week na blootstelling aan direct zonlicht zijn tekenen van afbraak zichtbaar). Een veelgemaakte fout van gebruikers is de CD-R’s met het “heldere” (opname-) oppervlak naar boven te laten liggen om ze tegen krassen te beschermen, omdat de zon dan rechtstreeks op het opname-oppervlak kan schijnen.
- CD-R’s met ftalocyanine-kleurstof zijn meestal zilver, goud of lichtgroen van kleur. De octrooien op ftalocyanine CD-R’s zijn in handen van Mitsui en Ciba Specialty Chemicals. Ftalocyanine is een van nature stabiele kleurstof (heeft geen stabilisatoren nodig) en CD-R’s op basis hiervan krijgen vaak een geschatte levensduur van honderden jaren. In tegenstelling tot cyanine is ftalocyanine minder bestand tegen UV-straling en vertonen CD-R’s op basis van deze kleurstof pas na twee weken blootstelling aan direct zonlicht tekenen van degradatie. Ftalocyanine is echter gevoeliger dan cyanine voor de kalibratie van het schrijfvermogen van de laser, wat betekent dat het door de schrijflaser gebruikte vermogen nauwkeuriger voor de schijf moet worden afgesteld om een goede opname te verkrijgen; dit kan de voordelen van de kleurstofstabiliteit tenietdoen, aangezien schijven die marginaal zijn beschreven (met een hoger percentage corrigeerbare fouten) gegevens zullen verliezen (d.w.z.D.w.z. oncorrigeerbare fouten hebben) na minder kleurstofdegradatie dan goed geschreven schijven (met lagere corrigeerbare foutenpercentages).
- Azo kleurstof CD-R’s zijn donkerblauw van kleur, en hun formulering is gepatenteerd door Mitsubishi Chemical Corporation. Azo kleurstoffen zijn ook chemisch stabiel, en Azo CD-R’s worden doorgaans gewaardeerd met een levensduur van tientallen jaren. Azo is de meest bestendige kleurstof tegen UV-licht en begint pas na de derde of vierde week van blootstelling aan direct zonlicht te degraderen. Modernere uitvoeringen van dit soort kleurstof zijn Super Azo, dat niet zo diepblauw is als de vroegere Metal Azo. Deze verandering van samenstelling was noodzakelijk om hogere schrijfsnelheden te bereiken.
Er zijn vele hybride variaties van de kleurstofformuleringen, zoals Formazan van Kodak (een hybride van cyanine en ftalocyanine).
Helaas hebben veel fabrikanten in het verleden extra kleurstoffen toegevoegd om hun onstabiele cyanine CD-R’s te verhullen, zodat de formulering van een schijfje niet louter op basis van de kleur kan worden bepaald. Ook een gouden reflecterende laag is geen garantie voor het gebruik van ftalocyanine kleurstof. De kwaliteit van de disc hangt niet alleen af van de gebruikte kleurstof, maar wordt ook beïnvloed door de verzegeling, de toplaag, de reflecterende laag en het polycarbonaat. Het kiezen van een disc alleen op basis van het kleurstoftype kan problemen opleveren. Bovendien is een correcte stroomkalibratie van de laser in de schrijver, evenals een correcte timing van de laserpulsen, een stabiele schijfsnelheid, enzovoort, van cruciaal belang, niet alleen voor de onmiddellijke leesbaarheid, maar ook voor de lange levensduur van de opgenomen schijf, zodat het voor archivering niet alleen belangrijk is om een schijf van hoge kwaliteit te hebben, maar ook een schrijver van hoge kwaliteit. In feite kan een hoge-kwaliteitsschrijver adequate resultaten produceren met media van gemiddelde kwaliteit, maar media van hoge kwaliteit kunnen een middelmatige schrijver niet compenseren, en schijven geschreven door zo’n schrijver kunnen hun maximale potentiële archiveringslevensduur niet bereiken.