伊利石屬單斜晶系，其化學結構式為KAl2[(SiAl)4O10]▪(OH)2▪nH2O,其晶體結構與白雲母相似。它是雲母礦物經風化后、鹼金屬離子的位置被H+離子和水所佔據，故又稱為水化雲母。
其結構特徵是由兩片（Si,Al）-O四面體片中間夾著一片Al（Mg,
Fe）-(O,OH),
八面體片組成。與白雲母的區別是，在相鄰的兩結構單元層之間
陽離子數目不等於1，而且有
水分子存在，是水化了的層狀結構礦物。它與
蒙脫石的主要區別在於：
伊利石單位晶胞的電荷不平衡情況比蒙脫石更為嚴重。K+被牢固地束縛在伊利石結構內的六角形網中，層間結合力較強，不易解理，並使伊利石礦物的熔點下降，它在新型陶瓷中應用的較少。
