黏土矿物是一类含水硅酸盐或铝硅酸盐矿物，其化学成分中，除水外一般还含有大量的SiO2和Al2O3，有些还含有一定量的Fe2O3、MgO及少量的K2O、Na2O、CaO等。
黏土矿物大体上可分为结晶质与非晶质两类。结晶质矿物都是层状硅酸盐，形态有板状（层状、片状）和纤维状两种，主要为板状，晶质黏土矿物依据如下方面进行分类：按结构层型分为1:1型或2:1型；按层间物分为有无可交换阳离子等。
研究表明，大部分黏土矿物是晶质矿物，在它们的晶体结构中主要是Si-O四面体与Al-O(OH)八面体复合组成的层状格子，彼此重叠而成。
常见的黏土矿物主要有：
1、高岭石
高岭石的化学成分为Al4(SiO4O10)(OH)8，一般有少量的Mg、Fe、Cr、Cu等代替八面体中的Al。高岭石是结构层为1:1型的二八面体层状结构硅酸盐，属蛇纹石-高岭石族的二八面体亚族，多呈隐晶质、分散粉末状、疏松块状集合体；白或浅灰、浅绿、浅黄、浅红等颜色，条痕白色，土状光泽；莫氏硬度2-2.5，密度为2.60-2.63g/cm3。
2、蒙脱石
蒙脱石又名微晶高岭石或胶岭石，其结构层为2:1型、层间具有水分子和可交换阳离子的二八面体型铝硅酸盐。以蒙脱石为主要矿物成分的黏土称为膨润土。
蒙脱石的化学式为Ex·nH2O{(Al2-xMgX)[(Si,Al)4O10](OH)2}，式中E为层间可交换的阳离子，主要为Ca2+、Na+、Mg2+、K+，x为E作为一价阳离子时单位化学式的层电荷数，一般变化在0.2-0.6。
蒙脱石矿物属单斜晶系。通常呈土状块体。白色，有时带浅红、浅绿、淡黄等色。光泽暗淡。硬度为1。密度约为2g/cm3。吸水性强，吸水后其体积能膨胀增大几倍到十几倍，具有很强的吸附力和阳离子交换性能。
3、凹凸棒石
又称坡缕石，是一种含水富镁铝的硅酸盐黏土矿物，具有2:1型链层状结构，属于海泡石族。理想的化学分子式为：Mg5Si8O20(OH)2(OH2)4•4H2O，化学成分理论值为MgO23.83%，SiO256.96%，H2O19.21%。
凹凸棒石粘土为土状块体构造，颜色为灰白色、青灰、微黄或浅绿，油脂光泽，比重轻（2.0-2.3g/cm3），摩氏硬度2-3级，潮湿时呈粘性和可塑性，干燥收缩小，且不产生龟裂，吸水性强，可达到150%以上，pH=8.5±1，由于内部多孔道，比表面大，可达500m2/g以上，大部份的阳离子、水分子和一定大小的有机分子均可直接被吸附进孔道中，电化学性能稳定，不易被电解质所絮凝，在高温和盐水中稳定性良好。
4、海泡石
海泡石是一种富镁硅酸盐粘土矿物。其理论化学式为Mg8[Si2O30](OH)4•12H2O，水分子中有4个为结晶水：其余为沸石水。SiO2含量54-60%，MgO21-25%，并常含有少量铁、锰等元素。外观有两种，土状或纤维状。硬度2-2.5，密度2.2g/cm3。干燥者可浮于水。颜色多变，一般为白、浅灰色，常见的还有浅红、淡黄，褐色等。
根据其产出形态特征，大体可分为土状海泡石（或称之为海泡石粘土）和块状海泡石。海泡石的矿物结构与凹凸棒石大体相同，都属链状结构的含水铝镁硅酸盐矿物。在链状结构中也含有层状结构的小单元，属2:1层型，所不同的是这种单元层与单元层之间的孔道不同。
5、累托石
累托石是二八面体云母和二八面体蒙脱石1:1规则间层粘土矿物，晶体化学通式为：Kx(H2O){Al2[AlxSi4-xO10](OH)2}。因累托石的晶体结构中含有膨胀性的蒙脱石晶层，晶体结构式可分为云母层和蒙脱石层二部分。
累托石多呈土状、细片状、席草状，有滑感，质地疏松，遇水膨胀，解离成泥糊状。一般粒度细小，色浅，有灰白、灰绿、褐黄色等；具珍珠—油脂光泽；密度随含水量变化，无水时为2.8g/cm3，含水多时可低到1.3g/cm3；硬度小于1。不同产地的累托石外观性质变化大。累托石具有耐高温（耐火度达1660℃）以及粘性、塑性、分散性、膨胀性、吸附性、水化性、阳离子交换性、胶体双层与电动电位等性质。
6、硅藻土
硅藻土是一种生物成因的硅质沉积岩，主要由古代硅藻遗骸组成，其化学成分主要是SiO2，含有少量的Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O、P2O5和有机质。SiO2通常占80%以上，最高可达94%。优质硅藻土的氧化铁含量一般为1-1.5%，氧化铝含量为3-6%。
硅藻土的矿物成分主要是蛋白石及其变种，其次是粘土矿物—水云母、高岭石和矿物碎屑。矿物碎屑有石英、长石、黑云母及有机质等。有机物含量从微量到30%以上。
硅藻土的颜色为白色、灰白色、灰色和浅灰褐色等，有细腻、松散、质轻、多孔、吸水和滲透性强的特性。松散密度为0.3-0.5g/cm3，莫氏硬度为1-1.5（硅藻骨骼微粒为4.5-5mm），孔隙率达80-90%，能吸收其本身重量1.5-4倍的水，是热、电、声的不良导体，熔点1650-1750℃，化学稳定性高，除溶于氢氟酸以外，不溶于任何强酸，但能溶于强碱溶液中。
7、伊利石
伊利石是一种层状硅酸盐云母类粘土矿物，又称之为水白云母，含有结构水和多量的吸附水，化学式为K1Al2[(Al,Si)Si3O10(OH)2•nH2O]，单斜晶系，多呈鳞片状块体，颜色为白色、灰白色、浅灰石、浅黄绿色；新鲜（矿石）硬度1，采出后多变为1.5-2；油脂光泽，微半透明，贝壳状断口，密度为2.6-2.9g/cm3，不具膨胀性及可塑性，耐热程度不高，在500-700℃失去化合水，750℃全脱水，伊利石晶体结构遭破坏。
伊利石粘土矿石中主要矿物为伊利石（含量最高可达90%），其次为石英、绢云母、地开石、高岭石、锐钛矿、黄铁矿及褐铁矿等矿物。