Năm 1933, U. Hoffman, K. Endell và D. Wilm công bố cấu trúc tinh thể lý tưởng của montmorillonit. Cấu trúc này bao gồm 2 tấm tứ diện chứa silic và 1 tấm bát diện chứa nhôm hoặc magiê bị kẹp giữa 2 tấm tứ diện. Các tấm này có chung các nguyên tử oxy ở đỉnh. Độ dày của mỗi lớp clay khoảng 9,6Å. Khoảng cách giữa hai lớp sét bằng tổng độ dài của chiều dày một lớp nanoclay với khoảng cách giữa hai lớp nanoclay được gọi là khoảng cách cơ bản (gọi tắt là khoảng cách d). Độ dày tinh thể từ 300Å đến vài μm hoặc lớn hơn, tuỳ thuộc loại silicat.

Công thức chung của MMT có dạng Mx(Al4-x–Mgx)Si8O20(OH)4. Trong đó M là cation đơn hoá trị, x là mức độ thế x = 0,5 ÷ 1,3.

Mặc dù trong cấu trúc của chúng đều có các cấu trúc tứ diện và bát diện sắp xếp thành từng lớp nhưng tuỳ thuộc vào cấu trúc và thành phần mà các khoáng này có tính chất vật lý và hoá học khác nhau.

Sự sắp xếp và thành phần của cấu trúc tứ diện hay bát diện quyết định đến tính chất của sét. Kích thước, hình dạng, phân bố hạt cũng là những tính chất vật lý quan trọng, các ứng dụng cụ thể đều phải căn cứ vào những tính chất này. Ngoài ra, những đặc tính quan trọng khác như hoá học bề mặt, diện tích và điện tích bề mặt cũng ảnh hưởng đến tính chất của vật liệu.[1]Do khả năng thay thế đồng hình của Si4+ cho Al3+ ở tấm tứ diện và của Al3+ cho Mg2+ hoặc Fe2+ ở tấm bát diện nên giữa các lớp nanoclay có điện tích âm. Các điện tích âm này được trung hòa bởi các cation kim loại kiềm hoặc kiềm thổ như Ca2+ và Na+ ở giữa các lớp sét. Ngoài ra, do nanoclay có tính ưa nước cao, giữa các lớp nanoclay thường có các nguyên tử nước. Các lớp nanoclay được liên kết với nhau bằng lực Van der Waals. Các lớp clay có điện tích không giống nhau nên trong tính toán phải lấy giá trị điện tích trung bình của toàn bộ tinh thể.[11]