粘土砖的矿物组成主要是高岭石（Al2O3·2SiO2·2H2O）和6%~7%的杂质（钾、钠、钙、钛、铁的氧化物）。粘土砖的烧成进程，主要是高岭石不断失水分化生成莫来石（3Al2O3·2SiO2）结晶的进程。粘土砖中的SiO2和Al2O3在烧成进程中与杂质构成共晶低熔点的硅酸盐，包围在莫来石结晶周围。
粘土砖归于弱酸性耐火制品，能抵抗酸性熔渣和酸性气体的腐蚀，对碱性物质的抵抗能力稍差。粘土砖的热性能好，耐急冷急热。
粘土砖的耐火度与硅砖平起平坐，高达1690~1730℃，但荷重软化温度却比硅砖低200℃以上。因为粘土砖中除含有高耐火度的莫来石结晶外，还含有挨近一半的低熔点非晶质玻璃相。