主要化学成分为MgO，矿物成分为方镁石等轴晶系，密度3.56～3.65g/cm，97电熔镁砂莫氏硬度为5.5，熔点2800℃，在1800～2400℃显著挥发。纯方镁石无色，随着Fe2O3、CaO含量的增加色泽由浅变深，呈黄色、褐色、黑褐色。方镁石晶粒尺寸随煅烧温度的提高和保温时间的延长而相应地增大，其抗水化性和抗渣侵蚀性也相应增强。

镁砂中的杂质来源于菱镁矿中的白云石、滑石、透闪石、石英等，使镁砂含有SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO等杂质成分(海水镁砂中还有B2O3)。这些杂质使镁砂的高温强度降低，其影响程度若以Fe2O3为1计并与Cr2O3、Al2O3、B2O3相比，依次为1∶3∶11∶70。镁砂中的矿物相除方镁石之外，按CaO/SiO2比值的不同可以形成多种硅酸盐矿物，它们对镁砂制品的性能有不同的影响 (表1)。

按照镁砂的化学组分可预测镁砂制品的质量和相组成，在计算其相组成时，只有当镁砂原料的均匀性和物料煅烧温度足以使相组成达到平衡时，这时计算得到的相组成才会与实验结果相符，而且物料的纯度愈高则愈相符合。

菱镁矿煅烧至700℃分解排出CO2，至1000℃左右煅烧成轻烧镁石(苛性氧化镁)，俗称苦土粉，其质地疏松、化学活性大。继续升高温度至1700～1800℃以上，方镁石晶粒逐渐长大，体积收缩，密度增大，化学活性大为降低，即煅烧成为烧结镁砂。