綠泥石的晶體結構是由滑石層和氫氧鎂石層作為基本結構層交替排列而成的三層結構。滑石層中的二層[SiO4]四面體層的活性氧相對排列，并彼此沿a軸錯動a/3距離。中間所形成的八面體空隙層為陽離子Mg、Fe、Al所充填。[SiO4]四面體層并不形成規則的正六方網，因為[SiO4]基底的氧朝向相鄰氫氧鎂石層中最近的OH-轉動一個角度(平均56°)，而距滑石層和氫氧鎂石層中的陽離子較遠，因而使六方網層成為復三方網層，使綠泥石的對稱降低為單斜或三斜。
在上述結構中，由于滑石層對單斜a軸可以產生左右位移a/3和反映對稱，所以綠泥石存在多種結構形式。其晶胞大小因結構多型而稍有變化。一般綠泥石的晶胞參數為：a0= 0.533nm， b0=0.923nm， c0sinβ=1.42nm，β= 97°。晶胞大小和其化學成分也有密切關系，a0和b0隨著Fe3+、Fe2+、Mn置換Mg2-的增多而加大，而層間距d001則隨Fe3+含量的增高而減小；晶胞中四次配位的鋁含量越高，d001值越小，而鐵含量越高，則b0值越大。
在綠泥石的晶體結構中，氫氧鎂石中的Mg2-被Al3+取代時，為了使電荷平衡，須有相同數目的Al3+取代滑石層中的Si4+。按這種取代關系的程度不同，有表1所列的幾種組成的綠泥石。綠泥石的分類與命名方法很多，目前尚未統一。
在綠泥石的組成中存在著廣泛的類質同象置換現象。Fe2+、Fe3-、Mn均可置換Mg2+;Fe3-、Cr3+也可置換Al3+。因而自然界中的綠泥石成分十分復雜，變種很多，并不象表1中所列的那么簡單。
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