绿泥石的晶体结构是由滑石层和氢氧镁石层作为基本结构层交替排列而成的三层结构。滑石层中的二层[SiO4]四面体层的活性氧相对排列，并彼此沿a轴错动a/3距离。中间所形成的八面体空隙层为阳离子Mg、Fe、Al所充填。[SiO4]四面体层并不形成规则的正六方网，因为[SiO4]基底的氧朝向相邻氢氧镁石层中最近的OH-转动一个角度(平均56°)，而距滑石层和氢氧镁石层中的阳离子较远，因而使六方网层成为复三方网层，使绿泥石的对称降低为单斜或三斜。
在上述结构中，由于滑石层对单斜a轴可以产生左右位移a/3和反映对称，所以绿泥石存在多种结构形式。其晶胞大小因结构多型而稍有变化。一般绿泥石的晶胞参数为：a0= 0.533nm， b0=0.923nm， c0sinβ=1.42nm，β= 97°。晶胞大小和其化学成分也有密切关系，a0和b0随着Fe3+、Fe2+、Mn置换Mg2-的增多而加大，而层间距d001则随Fe3+含量的增高而减小；晶胞中四次配位的铝含量越高，d001值越小，而铁含量越高，则b0值越大。
在绿泥石的晶体结构中，氢氧镁石中的Mg2-被Al3+取代时，为了使电荷平衡，须有相同数目的Al3+取代滑石层中的Si4+。按这种取代关系的程度不同，有表1所列的几种组成的绿泥石。绿泥石的分类与命名方法很多，目前尚未统一。
在绿泥石的组成中存在着广泛的类质同象置换现象。Fe2+、Fe3-、Mn均可置换Mg2+;Fe3-、Cr3+也可置换Al3+。因而自然界中的绿泥石成分十分复杂，变种很多，并不象表1中所列的那么简单。
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