主要化学成分是二氧化硅、三氧化二铝和水，还含有铁、镁、钙、钠、钾等元素，Na2O和CaO含量对膨润土的物理化学性质和工艺技术性能影响颇大。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1～2，密度2～3g/cm3。根据层间主要交换性阳离子的种类，通常蒙脱石分为钙蒙脱石和钠蒙脱石。按蒙脱石可交换阳离子的种类、含量和层间电荷大小，膨润土可分为钠基膨润土(碱性土)、钙基膨润土(碱土性土)、天然漂白土(酸性土或酸性白土)，其中钙基膨润土又包括钙钠基和钙镁基等。
水是晶格水，又称水结构。在较高的温度下，晶格水只能部分或完全去除。当晶格在水中膨胀时，它失去了结合能力，变成了死泥。不同的膨润土在不同的温度下会失去粘附力。利用膨润土上的润滑性，粘结密封性，增稠性及胶凝性制成泥浆，用于各种土壤作业的衬壁防渗，如隔墙建造，灌浆、沉箱、打桩、土地防渗、水泥及混凝土施工添加剂，固体水利运输，污水处理及隧道盾构润滑等。实验表明，天然钠基膨润土的***温度一般为638℃，钙基膨润土的***温度一般为316℃，人工活化钠基膨润土由于活化条件不同，***温度变化不大，但低于天然钠基膨润土。
蒙脱石可呈各种颜色如黄绿、黄白、灰、白色等等。可以成致密块状，也可为松散的土状，用手指搓磨时有滑感，小块体加水后体积胀大数倍至20-30倍，在水中呈悬浮状，水少时呈糊状。蒙脱石的性质和它的化学成分和内部结构有关。蒙脱石结构是由两个硅氧四面体夹一层铝氧八面体组成的2:1型晶体结构 ，由于蒙脱石晶胞形成的层状结构存在某些阳离子，如Cu、Mg、Na、K等，且这些阳离子与蒙脱石晶胞的作用很不稳定，易被其它阳离子交换，故具有较好的离子交换性。钠质膨润土晶层吸附水的厚度是三层，钙质膨润土晶层吸附水的厚度是四层。其实膨润土的主要矿物成分是蒙脱石，含量在85-90%，膨润土的一些性质也都是由蒙脱石所决定的。
