蛭石的薄片層狀結構，是由兩層層狀的硅氧骨架，通過氫氧鎂石層或氫氧鋁石層結合而形成雙層硅氧四面體。
“雙層"之間有水分子層存在。蛭石的膨脹，是由于在高溫加熱時。 “雙層"間的水分變成蒸氣產生壓力，使“雙層"分開的緣故。
研究蛭石的微觀結構的學者們，闡明了蛭石結構中硅鋁酸鹽層間水分子層的排列形式，認為蛭石層間水分子有兩種形態：一種是由六個水分子組成的原生水化膜， 稱為結合永，另一種是圍繞著鎂離子處于自由狀態的八個水分子，稱為自由水。自由水在比較低的溫度下能排出，這一點在一些實驗資料中的論述都是一致的。
蛭石所以能夠膨脹，是因為加熱脫水時，在它的封閉層空間由水蒸氣產生壓力而產生的。蛭石加熱在150~0以下時，一般不產生膨脹，這是因為在150~0以下的溫度脫水量不大，僅自由水被逸出，水蒸氣由層間自由排出，產生不了足以使它膨脹的壓力。