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高嶺土的巖石學特征與礦物學特征相同，具有松散土狀和堅硬巖石狀兩種外貌，其礦物成分、化學成分和粒度變化都較大。
高嶺土的礦物成分由粘土礦物和非粘土礦物組成，前者主要包括高嶺石、迪開石、珍珠陶土、變高嶺石(1.0nm和0.7nm埃洛石)、水云母和蒙脫石；后者主要是石英、長石、云母等碎屑礦物，少量的重礦物及一些自生和次生的礦物，如磁鐵礦、金紅石、褐(針)鐵礦、明礬石、三水鋁石、一水硬鋁石和一水軟鋁石等。


高嶺石及其多型礦物迪開石和珍珠陶土同屬1∶1型二八面體的層狀硅酸鹽，結構單元層完全相同，單位構造高度為0.7nm，層間以氫鍵相聯結， 無水分子和離子。 它們的理想結構式為Al4［Si4O10］(OH)8，理論化學成分為SiO2 46.54%、Al2O3 39.50%、H2O 13.96%，它們之間區別在于單元層間堆疊方式不同。高嶺石為三斜晶系，一般為無色至白色的細小鱗片，單晶呈假六方板狀或書冊狀，平行連生的集合體往往呈蠕蟲狀或手風琴狀，粒徑以0.5～2nm為主，個別蠕蟲狀可達數毫米。自然界高嶺土中高嶺石常見，迪開石少見，珍珠陶土罕見。