铝土矿并非一种单一矿物，而是以三水铝石（Gibbsite, Al(OH)₃）或一水铝石（Boehmite, γ-AlO(OH) 与 Diaspore, α-AlO(OH)）为主要成分的复杂矿石集合体。从矿物学角度看，其核心成分是不同水合形态的氧化铝（Al₂O₃·nH₂O），而非纯氧化铝。工业上，三水铝石型矿石因在较低温度（约140-150°C）下即可溶出，被视为优质资源；而一水铝石型，特别是硬水铝石（Diaspore），因晶格致密，需在高温（>240°C）和高碱浓度下才能分解，对拜耳法工艺提出了更高的能耗和设备耐压要求。
除主要含铝矿物外，铝土矿中普遍伴生有针铁矿（α-FeOOH）、赤铁矿（α-Fe₂O₃）、高岭石（Al₂Si₂O₅(OH)₄）及少量锐钛矿（TiO₂）。杂质含量直接影响工艺选择：高硅（以SiO₂计）矿石会因“硅渣反应”造成碱耗和氧化铝损失，通常需采用“串联法”或“烧结法”预处理；高铁矿石则易于沉降分离，但也有利于后续赤泥的综合利用。因此，业内常以“铝硅比”（A/S）作为矿石品级的关键指标，A/S > 8的矿石可直接用于拜耳法，而A/S在4-7之间的贫矿则需选矿脱硅。
从元素层面看，铝土矿中的铝元素含量通常以Al₂O₃品位衡量，全球商品矿多在40%-60%之间。值得注意的是，一水型矿石虽Al₂O₃理论含量更高（约85%），但实际开采品位因杂质稀释而降低。2025年行业数据显示，中国进口的几内亚三水型矿石Al₂O₃品位约45%，而国产河南、山西的一水硬铝石型矿石品位虽略高（50-55%），但A/S普遍低于6，导致综合生产成本高出约20%。这揭示了铝土矿成分研究的核心矛盾：并非Al₂O₃越高越好，而是需在矿物相态、杂质类型与能耗成本之间寻找最佳平衡点。