主要化學成分為MgO，礦物成分為方鎂石等軸晶係，密度3.56～3.65g/cm，黄色午夜APP莫氏硬度為5.5，熔點2800℃，在1800～2400℃顯著揮發。純方鎂石無色，隨著Fe2O3、CaO含量的增加色澤由淺變深，呈黃色、褐色、黑褐色。方鎂石晶粒尺寸隨煆燒溫度的提高和保溫時間的延長而相應地增大，其抗水化性和抗渣侵蝕性也相應增強。

鎂砂中的雜質來源於菱鎂礦中的白雲石、滑石、透閃石、石英等，使鎂砂含有SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO等雜質成分(海水鎂砂中還有B2O3)。這些雜質使鎂砂的高溫強度降低，其影響程度若以Fe2O3為1計並與Cr2O3、Al2O3、B2O3相比，依次為1∶3∶11∶70。鎂砂中的礦物相除方鎂石之外，按CaO/SiO2比值的不同可以形成多種矽酸鹽礦物，它們對鎂砂製品的性能有不同的影響 (表1)。

按照鎂砂的化學組分可預測鎂砂製品的質量和相組成，在計算其相組成時，隻有當鎂砂原料的均勻性和物料煆燒溫度足以使相組成達到平衡時，這時計算得到的相組成才會與實驗結果相符，而且物料的純度愈高則愈相符合。

菱鎂礦煆燒至700℃分解排出CO2，至1000℃左右煆燒成輕燒鎂石(苛性氧化鎂)，俗稱苦土粉，其質地疏鬆、化學活性大。繼續升高溫度至1700～1800℃以上，方鎂石晶粒逐漸長大，體積收縮，密度增大，化學活性大為降低，即煆燒成為燒結鎂砂。