膨润土是一种以蒙脱石为主要矿物成分的黏土岩，其晶体结构由硅氧四面体层与铝氧八面体层交替堆叠构成。这种2:1型层状硅酸盐结构具有独特的晶体化学特征，层间域可容纳水分子和可交换阳离子，形成膨胀性晶体结构。蒙脱石单元晶胞尺寸约为0.96nm×0.96nm×0.97nm，层间间距可随水化程度变化，钠基膨润土的层间距可达1.2-2.4nm。

膨润土的物理性质表现为白色至灰白色块状，硬度1-2级，密度2.4-2.8g/cm³，具有滑腻感和贝壳状断口。其吸水膨胀性显著，钠基膨润土的膨胀倍数可达30-50倍，钙基膨润土则在5-15倍之间。这种特性源于层间阳离子的水合作用，钠离子水合半径较大，导致层间撑开更为明显。

化学组成方面，膨润土主要含SiO₂（50-70%）、Al₂O₃（12-25%）、Fe₂O₃（1-6%）及碱金属氧化物。蒙脱石晶体中存在类质同象替代现象，Al³+常被Mg²+、Fe³+等置换，形成负电荷中心，需层间阳离子（Na+、Ca²+等）进行电荷补偿。阳离子交换容量（CEC）通常为70-140mmol/100g，决定其吸附性能和胶体特性。

在分散体系中，膨润土颗粒可形成稳定的悬浮液，pH值一般呈中性至碱性。其触变性使其在剪切作用下黏度降低，静置后恢复凝胶结构，这种特性在钻井液、涂料等领域具有重要应用价值。此外，膨润土的吸附性能可通过有机改性得到增强，形成有机膨润土，拓展其在环保和高分子材料中的应用范围。

不同类型的膨润土在性质上存在差异。钠基膨润土因层间钠离子易水化，表现出更高的膨胀性和分散性；钙基膨润土则具有较好的热稳定性，在高温环境中仍能保持结构稳定。通过离子交换改性可实现不同性能的调控，满足建筑、冶金、医药等领域的多样化需求。