黏土礦物是一類含水矽酸鹽或鋁矽酸鹽礦物，其化學成分中，除水外一般還含有大量的SiO2和Al2O3，有些還含有一定量的Fe2O3、MgO及少量的K2O、Na2O、CaO等。
黏土礦物大體上可分為結晶質與非晶質兩類。結晶質礦物都是層狀矽酸鹽，形態有板狀（層狀、片狀）和纖維狀兩種，主要為板狀，晶質黏土礦物依據如下方面進行分類：按結構層型分為1:1型或2:1型；按層間物分為有無可交換陽離子等。
研究表明，大部分黏土礦物是晶質礦物，在它們的晶體結構中主要是Si-O四面體與Al-O(OH)八面體複合組成的層狀格子，彼此重疊而成。
常見的黏土礦物主要有：
1、高嶺石
高嶺石的化學成分為Al4(SiO4O10)(OH)8，一般有少量的Mg、Fe、Cr、Cu等代替八面體中的Al。高嶺石是結構層為1:1型的二八面體層狀結構矽酸鹽，屬蛇紋石-高嶺石族的二八面體亞族，多呈隱晶質、分散粉末狀、疏鬆塊狀集合體；白或淺灰、淺綠、淺黃、淺紅等顏色，條痕白色，土狀光澤；莫氏硬度2-2.5，密度為2.60-2.63g/cm3。
2、蒙脫石
蒙脫石又名微晶高嶺石或膠嶺石，其結構層為2:1型、層間具有水分子和可交換陽離子的二八面體型鋁矽酸鹽。以蒙脫石為主要礦物成分的黏土稱為膨潤土。
蒙脫石的化學式為Ex·nH2O{(Al2-xMgX)[(Si,Al)4O10](OH)2}，式中E為層間可交換的陽離子，主要為Ca2+、Na+、Mg2+、K+，x為E作為一價陽離子時單位化學式的層電荷數，一般變化在0.2-0.6。
蒙脫石礦物屬單斜晶系。通常呈土狀塊體。白色，有時帶淺紅、淺綠、淡黃等色。光澤暗淡。硬度為1。密度約為2g/cm3。吸水性強，吸水後其體積能膨脹增大幾倍到十幾倍，具有很強的吸附力和陽離子交換性能。
3、凹凸棒石
又稱坡縷石，是一種含水富鎂鋁的矽酸鹽黏土礦物，具有2:1型鏈層狀結構，屬於海泡石族。理想的化學分子式為：Mg5Si8O20(OH)2(OH2)44H2O，化學成分理論值為MgO23.83%，SiO256.96%，H2O19.21%。
凹凸棒石粘土為土狀塊體構造，顏色為灰白色、青灰、微黃或淺綠，油脂光澤，比重輕（2.0-2.3g/cm3），摩氏硬度2-3級，潮溼時呈粘性和可塑性，乾燥收縮小，且不產生龜裂，吸水性強，可達到150%以上，pH=8.5±1，由於內部多孔道，比表面大，可達500m2/g以上，大部份的陽離子、水分子和一定大小的有機分子均可直接被吸附進孔道中，電化學性能穩定，不易被電解質所絮凝，在高溫和鹽水中穩定性良好。
4、海泡石
海泡石是一種富鎂矽酸鹽粘土礦物。其理論化學式為Mg8[Si2O30](OH)412H2O，水分子中有4個為結晶水：其餘為沸石水。SiO2含量54-60%，MgO21-25%，並常含有少量鐵、錳等元素。外觀有兩種，土狀或纖維狀。硬度2-2.5，密度2.2g/cm3。乾燥者可浮於水。顏色多變，一般為白、淺灰色，常見的還有淺紅、淡黃，褐色等。
根據其產出形態特徵，大體可分為土狀海泡石（或稱之為海泡石粘土）和塊狀海泡石。海泡石的礦物結構與凹凸棒石大體相同，都屬鏈狀結構的含水鋁鎂矽酸鹽礦物。在鏈狀結構中也含有層狀結構的小單元，屬2:1層型，所不同的是這種單元層與單元層之間的孔道不同。
5、累託石
累託石是二八面體雲母和二八面體蒙脫石1:1規則間層粘土礦物，晶體化學通式為：Kx(H2O){Al2[AlxSi4-xO10](OH)2}。因累託石的晶體結構中含有膨脹性的蒙脫石晶層，晶體結構式可分為雲母層和蒙脫石層二部分。
累託石多呈土狀、細片狀、席草狀，有滑感，質地疏鬆，遇水膨脹，解離成泥糊狀。一般粒度細小，色淺，有灰白、灰綠、褐黃色等；具珍珠—油脂光澤；密度隨含水量變化，無水時為2.8g/cm3，含水多時可低到1.3g/cm3；硬度小於1。不同產地的累託石外觀性質變化大。累託石具有耐高溫（耐火度達1660℃）以及粘性、塑性、分散性、膨脹性、吸附性、水化性、陽離子交換性、膠體雙層與電動電位等性質。
6、硅藻土
硅藻土是一種生物成因的矽質沉積巖，主要由古代硅藻遺骸組成，其化學成分主要是SiO2，含有少量的Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O、P2O5和有機質。SiO2通常佔80%以上，最高可達94%。優質硅藻土的氧化鐵含量一般為1-1.5%，氧化鋁含量為3-6%。
硅藻土的礦物成分主要是蛋白石及其變種，其次是粘土礦物—水雲母、高嶺石和礦物碎屑。礦物碎屑有石英、長石、黑雲母及有機質等。有機物含量從微量到30%以上。
硅藻土的顏色為白色、灰白色、灰色和淺灰褐色等，有細膩、鬆散、質輕、多孔、吸水和滲透性強的特性。鬆散密度為0.3-0.5g/cm3，莫氏硬度為1-1.5（硅藻骨骼微粒為4.5-5mm），孔隙率達80-90%，能吸收其本身重量1.5-4倍的水，是熱、電、聲的不良導體，熔點1650-1750℃，化學穩定性高，除溶於氫氟酸以外，不溶於任何強酸，但能溶於強鹼溶液中。
7、伊利石
伊利石是一種層狀矽酸鹽雲母類粘土礦物，又稱之為水白雲母，含有結構水和多量的吸附水，化學式為K1Al2[(Al,Si)Si3O10(OH)2nH2O]，單斜晶系，多呈鱗片狀塊體，顏色為白色、灰白色、淺灰石、淺黃綠色；新鮮（礦石）硬度1，採出後多變為1.5-2；油脂光澤，微半透明，貝殼狀斷口，密度為2.6-2.9g/cm3，不具膨脹性及可塑性，耐熱程度不高，在500-700℃失去化合水，750℃全脫水，伊利石晶體結構遭破壞。
伊利石粘土礦石中主要礦物為伊利石（含量最高可達90%），其次為石英、絹雲母、地開石、高嶺石、銳鈦礦、黃鐵礦及褐鐵礦等礦物。