硅藻土的主要礦物成分為蛋白石，并含有粘土(高嶺石類、水分母類及少量膠嶺石類)、炭質(有機質)、鐵質(褐鐵礦、赤鐵礦、黃鐵礦)、碳酸鹽礦物(方解石、白云石、少量菱鐵礦)、石英、白云母、海綠石、長石。
1、蛋白石 SiO2·n H2O
系標準的團體水凝膠礦物，是含水二氧化硅凝膠脫部分水后形成，一般稱為含水膠體礦物或膠體礦物。
蛋白石本身無色，呈半透明狀的產生一種乳光，由于吸附帶色的雜質及離子，使蛋白石呈顯各種色調。如鐵質混染使蛋白石里黃褐、褐色，炭質混染呈灰黑色。
蛋白石常成致密塊狀、鐘乳狀、瘤狀團塊、結核狀和球粒結構及各類沉積巖中的次生充填物。當蛋白石脫水及陳化作用或應力作用，則產生電裂紋和角礫狀外貌，轉化為變膠體礦物石英、石髓，或蛋白石在偏光作用下顯示局部不均一的非均質性。
2、粘土礦物、炭質
粘土礦物及炭質是硅藻土中主要伴生礦物。粘土礦物呈顯微鱗片狀分布于硅藻粒四周，當粘土礦物含量為主要成分時，則起著膠結硅藻的作用。炭質成質點狀、塊狀或成層狀與硅藻土共生，炭質均為變質程度很低的、仍保留植物結構的泥炭及褐煤。