Trong tự nhiên Zirconi dioxit tồn tại dưới dạng khoáng Baledeit hoặc Zircon có cấu trúc tinh thể khơng đều đặn với số phối trí là 8. Ở điều kiện bình thường cấu trúc đơn nghiêng của tinh thể ZrO2 được thể hiện qua các thông số:
a = 5,15 b = 5,21 α= ß = 900 γ# 900
ZrO2 là oxit kim loại bền có nhiều tính chất vật lý quý báu như: cứng, khó nóng chảy bền nhiệt, có độ dẫn điện thấp, khả năng chịu va đập lớn, ngồi ra cịn là chất dẫn điện ion vì thế nó là chất điện giải rắn tốt.
Zirconi dioxit trơ về mặt hóa học khơng tác dụng với nước, khơng phản ứng với kiềm và axit thông thường, nhưng bị H2SO4 đặc phân hủy và tan trong HF đặc. Theo nhiều tài liệu đã chứng minh thì tinh thể ZrO2 ở trạng thái tứ diện được xem là mợt oxit rắn có tính axit mạnh có thể được sử dụng làm chất mang cho các loại xúc tác sử dụng trong q trình chuyển hóa hóa học.
Vừa mới đây,các nhà nghiên cứu đã đưa ra mơ hình cấu trúc của SO42-/ZrO2 chưa nung có chứa proton –SO4H và các nhóm hidroxy cầu nối hai ion Zr4+. Sau khi nung, nước bị mất đi hình thành dạng (2) và (3). Trong cả hai cấu trúc này, các tâm axit Lewis được hình thành, nhưng trong cấu trúc (3) thì nhóm –SO4H vẫn tồn tại bên cạnh tâm Lewis với mợt nhóm S-O-H. Các nhóm –SO4H có tác dụng như những tâm axit Bronsted vì tạo nên tính axit mạnh. Tác giả cũng chỉ ra rằng, nước có tác dụng như mợt bazơ yếu, có thể bị hấp phụ không phân ly và độ axit mạnh đòi hỏi sự có mặt của axit Lewis hay còn gọi là qua hiệu ưng cảm ứng, các electron của liên kết O-H bị kéo bởi các ion Zr4+ khơng bão hịa số phối trí tạo nên các proton axit mạnh hơn.