1. 普通字符組
字符組就是一組字符，在正則表達式中，它表示“在同一個位置可能出現的各種字符”，其寫法是在一對方括號[和]之間列出所有可能出現的字符。字符組中的字符排列順序並不影響字符組的功能，出現重複字符也不會影響，所以[0123456789]完全等價於[9876543210]、[1029384756]、[998876543210]。但是並不推薦在字符組中出現重複字符，還應讓字符組中的字符排列更加符合認知習慣。
通過 -範圍表示法 可以進一步簡化字符組，即用[x-y]的形式表示x到y整個範圍內的字符，這樣[0123456789]就可以表示爲[0-9]。在字符組中，-表示的範圍一般是根據字符對應的ASCII編碼來確定，碼值小的字符在前，碼值大的字符在後。在字符組中可以並列多個“-範圍表示法”，字符組[0-9a-zA-Z]可以匹配數字、大寫字母或小寫字母。
2. 元字符與轉義
在上面的字符組中，橫線 - 並不能匹配 - 字符，而是用來表示範圍，這類字符稱爲元字符。字符組的開方括號[、閉方括號]等都算元字符。在匹配中，它們有着特殊的意義。但是有時並不需要表示這種特殊的意義，只需要表示普通字符，此時需要做特殊處理。
對於字符組中的 - ，如果它緊鄰着字符組的開方括號[，那麼它就是普通字符，其它情況下都是元字符；而對於其它元字符，取消特殊含義的做法都是轉義，即在正則表達式中的元字符之前加上反斜線字符\。
如果要在字符組內使用 - ，最好的辦法是將它排列在字符組的開頭。[-09]包含三個字符 - 、0、9；[0-9]包含0 ~ 9這10個字符；[-0-9]包含0 ~ 9和 - 這11個字符。
3. 排除型字符組
排除型字符組非常類似普通字符組，只是在開方括號[之後緊跟一個^ ，寫作[^ ··· ] ，表示在當前位置匹配一個沒有列出的字符。所以[^0-9]就表示0~9之外的字符，也就是非數字字符。
除了開方括號之後的 ^ ，排除型字符組與普通字符組的用法幾乎完全相同。唯一需要改動的是：在排除型字符組中，如果需要表示橫線字符- ，那麼 - 應該緊跟在 ^ 之後；而在普通字符組中，作爲普通字符的橫線 - 應該緊跟在開方括號之後。
在排除型字符組中，^ 是一個元字符，如果想表示 “這個字符組中可以出現 ^ 字符”，不要讓它緊挨着[即可，否則就需要轉義。
4. 字符組簡記法
常見的字符組簡單記法有\d、\w、\s。其中\d等價於[0-9]，其中d表示digit；\w等價於[0-9a-zA-Z_]，其中w表示word；\s等價於[\t\r\n\v\f]，s表示space。注意，\w不僅包含大小寫字母，還包含數字字符和下劃線。字符組簡記法可以單獨出現，也可以使用在字符組中，比如[0-9a-zA-Z]也可以寫作[\da-zA-Z]。同樣也可以用在排除型字符組中。
相對於\d、\w、\s這三個普通字符組簡記法，正則表達式也提供了對應的排除型字符組簡記法\D、\W、\S —— 字母完全一樣，只是改爲大寫。這些簡記法匹配的字符互補：\s能匹配的字符，\S一定不能匹配；\w能匹配的字符，\W一定不能匹配；\d能匹配的字符，\D一定不能匹配。因此，[\s\S]、[\w\W]、[\d\D]這三個都可以匹配任意字符。
注意，如果字符組中出現了字符組簡記法，最好不要出現單獨的 - ，否則就可能引起錯誤，如[\d-a]。此外，以上說的\d、\w、\s的匹配規則，都是針對ASCII編碼而言的，也叫ASCII匹配規則。
5. POSIX字符組
前面介紹的字符組，都屬於Perl衍生出來的正則表達式流派，這個流派叫做PCRE。此外，正則表達式還有其它流派，比如POSIX，它是一系列規範，定義了UNIX操作系統應當支持的功能，其中也包括關於正則表達式的規範。
常見的[a-z]形式的字符組，在POSIX規範中仍然獲得支持，它的準確名稱是POSIX方括號表達式，主要用在UNIX/Linux系統中。POSIX方括號表達式與上述字符組的差別主要在於：在POSIX字符組中，反斜線\不是用來轉義的。所以POSIX方括號表達式[\d]只能匹配\和d兩個字符，而不是[0-9]對應的數字字符。
爲了解決字符組中特殊字符的轉義問題，POSIX方括號表達式規定：如果要在字符組中表達字符]，應當讓它緊跟在字符組的開方括號之後，所以[]a]能匹配的字符就是]或a；如果要在字符組中標識字符 - ，就必須將它放在字符組的閉方括號]之前，所以[a-]能匹配的字符就是a或-。
另一方面，POSIX規範還定義了POSIX字符組，它與之前的字符組簡記法類似。下表介紹了POSIX字符組，注意表格中與其對應的是ASCII字符組，也就是能匹配的ASCII字符。因爲POSIX規範中有另一個重要的概念：locale（語言環境），它是一組與語言和文化相關的設定，包括日期格式、貨幣幣值、字符編碼等。POSIX字符組的意義會根據locale的變化而變化，下表介紹的只是這些POSIX字符組在ASCII編碼中的意義；如果換用其它的locale（比如使用Unicode字符集），它們的意義可能會發生變化。
| POSIX 字符組 | 說明 | ASCII 字符組 | 等價的 PCRE 簡記法 |
|---|---|---|---|
| [:alnum:]* | 字母字符和數字字符 | [0-9a-zA-Z] | |
| [:alpha:] | 字母 | [a-zA-Z] | |
| [:ASCII:] | ASCII字符 | [\x00-\x7F] | |
| [:blank:] | 空格和製表符 | [ \t] | |
| [:cntrl:] | 控制字符 | [\x00-\x1F\x7F] | |
| [:digit:] | 數字字符 | [0-9] | \d |
| [:graph:] | 空白字符之外的字符 | [\x21-\x7E | |
| [:lower:] | 小寫字母字符 | [a-z] | |
| [:print:] | 類似[:graph:]，但包括空白字符 | [\x20-\x7E] | |
| [:punct:] | 標點符號 | [][!"#$%&’()*+,./:;<=>?@^_`{|}~-] | |
| [:space:] | 空白字符 | [ \t\r\n\v\f] | \s |
| [:upper:] | 大寫字母字符 | [A-Z] | |
| [:word:]* | 字母字符 | [A-Za-z0-9_] | \w |
| [:xdigit:] | 十六進制字符 | [A-Fa-f0-9] |
其中標記*的字符簡記法並不是POSIX規範中的，但使用比較多，一般語言中都提供。
POSIX字符組簡記法的使用也與PCRE字符組簡記法有所不同，主要區別在於，PCRE字符組簡記法可以脫離方括號直接出現，而POSIX字符組必須出現在方括號內。