Năm 1933, U. Hoffman, K. Endell và D. Wilm công bố cấu trúc tinh thể lý tưởng của montmorillonit (xem hình bên). Cấu trúc này bao gồm 02 tấm tứ diện chứa silic và 01 tấm bát diện chứa nhôm hoặc magiê diện bị kẹp giữa 2 tấm tứ diện. Các tấm này có chung các nguyên tử oxy ở đỉnh.Do khả năng thay thế đồng hình của Si4+ cho Al3+ ở tấm tứ diện và của Al3+ cho Mg2+ ở tấm bát diện mà giữa các lớp nanoclay có điện tích âm. Các điện tích âm này được trung hòa bởi các cation như Ca2+ và Na+ ở giữa các lớp clay. 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.Chiều dày một lớp nanoclay là 9,6Ǻ. Còn tổng độ dài của chiều dày một lớp nanoclay với khoảng cách giữa hai lớp nanoclay được gọi là khoảng cách cơ bản (d-spacing).