地质聚合物是以硅氧四面体和铝氧四面体以角顶相连而形成的具有非晶态和半晶体特征的三维网络固体材料[73]。其化学组成为铝硅酸盐，其基体相呈非晶质至半晶质相，具有[SiO4]和[AlO4]四面体随机分布的三维网络结构，碱金属或碱土金属离子分布于网络空隙之间以平衡电价。网络的基本结构单元为硅铝氧链（-Si-O-Al-O-）、硅铝硅氧链（-Si-OAl-O-Si-O-）和硅铝二硅氧链（-Si-O-Al-O-Si-O-Si-O-）等。
科研工作者对地质聚合物的形貌、组成和结构作了大量的研究。尤其随着研究工具的发展和更新，多种研究手段的综合使用，对地质聚合物的反应原理有了初步的认识和了解。
Davidovits认为碱激发偏高岭石的反应是一种聚合模型，而这种聚合产物是强度的主要来源，并提出最终产物通用分子式，见式（2.4.1）。
式中 M——碱金属元素；
x——碱金属离子数目；
“-”——化学键；
z——硅铝比；
n——缩聚度；
w——化学结合水的数目（w=0～4）。
张书政、马鸿文等较详细地描述了地质聚合物的反应过程和机理。马鸿文[74]从硅铝矿物在强碱作用下的溶解度考虑可能产生的反应和生成物，并认为其形成过程为铝硅酸盐固体组分的溶解络合、分散迁移、浓缩聚合和脱水硬化。张书政[75]较多的从键的断裂、先形成硅酸盐和氢氧化铝混合溶液，再进行缩合反应进行讨论，他用偏高岭土为原料，NaOH和KOH为激活剂制备，（Na，K）—PSS为例说明其反应机理：首先，偏高岭土与无定型二氧化硅（摩尔比为1∶2）在水和强亲核试剂NaOH和KOH的作用下，发生Si-O和Al-O共价键的断裂，认为在水溶液中生成硅酸和氢氧化铝的混合溶胶，溶胶颗粒之间部分脱水缩合生成正铝硅酸。Na+和K+被吸附在分子骨架中的Al周围，以平衡Al3+（四配位）所带的负电荷，见式（2.4.2）。(www.xing528.com)
然后，正铝硅酸分子上的羟基在碱性溶液中或干燥条件下极不稳定，相互吸引形成氢键，进一步脱水缩合形成聚铝硅氧大分子链，见式（2.4.3）。
袁鸿昌、江尧忠[76]认为：地质聚合物具有有机高聚物的键接结构，但其基本结构为无机的硅-氧四面体与铝-氧四面体。地质聚合物在成型、反应过程中必须有水做为传质介质及反应媒介，凝固后部分自由水作为结构水存在于反应物当中，但地质聚合物不存在硅酸钙的水化反应，其终产物以离子键以及共价键为主，范德瓦尔斯键为辅，而传统水泥则以范德瓦尔斯键以及氢键为主，因此其性能优于传统水泥。
目前，主要理论认为，地质聚合物的形成过程分为4个阶段[77]。
（1）铝硅酸盐矿物粉体原料在碱性溶液（NaOH、KOH）中的溶解。
（2）溶解的铝硅配合物由固体颗粒表面向颗粒间隙的扩散。
（3）凝胶相[Mx（AlO2）y（SiO2）z·n MOH·m H2O]的形成，导致在碱硅酸盐溶液和铝硅配合物之间发生聚合作用。
（4）凝胶相逐渐排除剩余的水分，固结硬化成地质聚合物块体。
近年来，许多学者利用硅铝矿物（包括粉煤灰、水淬渣、建筑垃圾等固体废弃物等）制备了地质聚合物胶凝材料。地质聚合物的制备工艺简单，能耗低，性能/价格比高，因而引起了国际上的广泛关注，大量研究成果以专利文献的形式发表。国内对地质聚合物的研究较少，只有中国矿业大学、中国地质大学、清华大学、华南理工大学等少数大专院校和部分科研机构做过少量研究。
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