耐火粘土的化学成分是影响其质量的重要因素之一。Al2O3是耐火粘土的有益组分，主要赋存于氢氧化铝矿物（一水硬铝石、勃姆石、三水铝石），其次赋存于铝硅酸盐矿物（高岭石、伊利石、蒙脱石等）中。一般来说，软质和半软质粘土含Al2O3为30%～45%，硬质粘土为35%～50%，高铝粘土为55%～70% 。

SiO2主要赋存于粘土矿物中，亦有微量的原生石英残屑存在。SiO2含量变化较大，高铝粘土中一般为3%～35%，硬质粘土中为43%～66%。

Fe2O3主要赋存于赤铁矿、磁铁矿、针铁矿、菱铁矿中，是耐火粘土的主要有害成分。Fe2O3含量无明显规律，高铝粘土中含量在0.5%～2.2%，硬质粘土中含量在0.5%～2.5%，软质粘土中一般为1.0%～2.5%。

K2O和Na2O也是耐火粘土的有害杂质，主要赋存于伊利石和云母类等矿物中，含量变化较大。

CaO和MgO等虽为有害杂质，但含量一般甚微。