Montmorillonit là aluminosilicat tự nhiên có cấu trúc lớp 2:1. Cấu trúc tinh thể của nó được cấu tạo từ 2 mạng lưới tứ diện liên kết với một mạng lưới bát diện ở giữa tạo nên lớp cấu trúc. Giữa các lớp cấu trúc là các cation trao đổi và nước hấp phụ hình 1.1.
Hình 1.1. Cấu trúc tinh thể của montmorillonit
Chiều dày của một lớp cấu trúc là 9,6 Å. Nếu kể cả lớp cation trao đổi và nước hấp phụ thì chiều dày của lớp khoảng 15-19 Å. Trong mạng lưới cấu trúc của Mont thường xảy ra sự thay thế đồng hình của các cation. Ở mạng lưới tứ diện, một phần không lớn cation Si4+ bị thay thế bởi cation Al3+ hoặc Fe3+. Al3+ có thể thay thế Si4+ trong mạng lưới tứ diện lớn nhất là 15%, tương ứng với tỷ lệ Al: Si ~ 1÷ (15:30). Sự thay thế này dẫn đến sự xuất hiện điện tích âm trong mạng lưới. Điện tích đó được bù trừ bởi các cation nằm ở khoảng không gian giữa hai lớp. Đó là các cation Na+, K+, Ca2+, Mg2+, Fe2+, Li+,… Chúng bị hyđrat hóa bởi các phân tử nước ở giữa hai lớp cấu trúc. Người ta nhận thấy rằng, điện tích âm trong mạng lưới cấu trúc của Mont xuất hiện chủ yếu ở mạng bát diện, do sự thay thế đồng hình của ion Al3+ bằng ion Mg2+ ứng với tỷ lệ Mg: Al ~ 1÷ (4:5). Vì vậy, điện tích âm của mạng phân bố sâu trong lớp cấu trúc mà không nằm ở bề mặt ngoài của lớp cấu trúc, nên năng lượng liên kết của các cation trao đổi nằm giữa các lớp với cấu trúc của mạng thấp, các cation có thể chuyển động tự do giữa các mặt phẳng điện tích âm và có thể trao đổi với các cation khác, tạo ra khả năng biến tính Mont bằng cách trao đổi ion. Lượng cation trao đổi của Mont dao động trong khoảng 0,7÷ 1,2 mgđl/g. Các phân tử nước dễ dàng xâm nhập khoảng không gian giữa các lớp và làm thay đổi khoảng cách cơ bản. Khoảng cách này có thể tăng đến vài chục Å khi thay thế các cation trao đổi bởi các ion vô cơ phân cực, các phức cơ kim, các phân tử oligome, các polyme vô cơ, các phân tử hữu cơ,...[8, 28].