二水石膏的分子式是CaSO4,2H2O,其化學結構是有2個結晶水的硫酸鈣晶體，在不同條件的加熱處理中其結構水容易脫出，成為各種晶體的半水石膏和無水石膏。
當溫度在65℃時加熱，二水石膏就開始釋出結構水，但脫水速度比較慢。在107℃左右、水蒸氣壓達971mmHg時，脫水速度迅速變快。隨著溫度繼續升高，脫水更為加快，在l 70—l90℃時，二水石膏以很快的速度脫水變為α—半水石膏或β—半水石膏。當溫度繼續升高到220℃和320～360℃時，半水石膏則繼續脫水變為α可溶性的無水石膏。但220℃條件下生成的無水石膏比較容易在空氣中吸水變成半水石膏。在450一750℃期間變成的無水石膏則為不溶性無水石膏。這種無水石膏即我們通常說的“死燒"石膏；它很難溶于水，幾乎不凝結，而且不具有強度。在800℃時，無水石膏開始分解為CaO和SO2 加O2 等，這時的凝結能力主要是靠CaO的凝結作用而不是石膏了。這種分解在1050℃以后更為激烈，到1350℃才結束。在還原氣氛下，有利于CaSO4 的分解。
性狀：
通常為白色、無色，無色透明晶體稱為透石膏，有時因含雜質而成灰、淺黃、淺褐等色。條痕白色。透明。玻璃光澤，解理面珍珠光澤，纖維狀集合體絲絹光澤。解理極完全，和中等，解理片裂成面夾角為66和114的菱形體。性脆。硬度1.5~2。不同方向稍有變化。相對密度2.3。
偏光鏡下：無色。二軸晶(+)。2V=58。Ng=1.530，Nm=1.523，Np=1.521。隨溫度升高2V減小，在大約90℃時2V為零。
結晶水階段：
加熱時存在3個排出結晶水階段：105~180℃，首先排出1個水分子，隨后立即排出半個水分子，轉變為燒石膏Ca[SO4]?0.5H2O，也稱熟石膏或半水石膏。200~220℃，排出剩余的半個水分子，轉變為Ⅲ型硬石膏Ca[SO4]?εH2O(0.06<ε<0.11)。約350℃，轉變為Ⅱ型石膏Ca[SO4]。1120℃時進一步轉變為Ⅰ型硬石膏。熔融溫度1450℃。
結構：
石膏及其制品的微孔結構和加熱脫水性，使之具優良的隔音、隔熱和防火性能。
石膏屬單斜晶系，解理度很高，容易裂開成薄片。將石膏加熱至100～200°C，失去部分結晶水，可得到半水石膏。它是一種氣硬性膠凝材料，具有 α和 β兩種形態，都呈菱形結晶，但物理性能不同。α型半水石膏結晶良好、堅實；β型半水石膏是片狀并有裂紋的晶體，結晶很細，比表面積比 α型半水石膏大得多。
生產石膏制品時， α型半水石膏比 β型需水量少，制品有較高的密實度和強度。通常用蒸壓釜在飽和蒸汽介質中蒸煉而成的是 α型半水石膏，也稱高強石膏；用炒鍋或回轉窯敞開裝置煅煉而成的是 β型半水石膏，亦即建筑石膏。工業副產品化學石膏具有天然石膏同樣的性能，不需要過多的加工。半水石膏與水拌和的漿體重新形成二水石膏、在干燥過程中迅速凝結硬化而獲得強度，但遇水則軟化。
二水石膏形成：
用于建筑材料生產的石膏，包括天然石膏和化學石膏。天然石膏有天然二水石膏（CaSO4?2H2O）和天然無水石膏（CaSO4）。天然二水石膏質地較軟，天然無水石膏質地較硬，故又稱為硬石膏。工業生產中常用的是天然二水石膏，一般提到“石膏”大多數情況下指的是天然二水石膏。
純凈的二水石膏是透明的或無色的，有纖維狀、針狀、片狀等晶體形態。天然二水石膏礦往往含有較多雜質，從產狀看，有透明石膏、纖維石膏、雪花石膏、片狀石膏、泥質石膏或土石膏。石膏中二水石膏所占的含量，常稱為品位，以此來對石膏分級。一級石膏，含二水石膏95%以上，二級含二水石膏85%以上，三級含75%以上。生產建筑石膏板材大都要用三級以上的石膏。
化學石膏，一般是指的各種工業生產中的副產品，是工業廢渣，其中含有一定數量的二水石膏，還含有較多雜質，稱呼這些石膏時習慣在其前面加上原主要產品類型或石膏來源類型的名稱，如磷石膏、氟石膏、排煙脫硫石膏、芒硝石膏等。
石膏有多種存在形態，石膏加熱以后會由二水石膏逐步轉化為另一種形態，吸濕以后，又會發生相反的變化。生產石膏建筑制品就是依據石膏的這種性質。
石膏加熱脫水變成半水石膏（或其它型式脫水石膏），半水石膏加水拌合成石膏漿，石膏漿中的半水石膏等脫水石膏水化硬化又生成二水石膏，石膏漿入模就制成硬化的石膏制品了。
半水石膏凝結時間短，建筑石膏4-8分鐘初凝，10-13分鐘終凝；高強石膏3-8分鐘初凝，15～30分鐘終凝。生產石膏建材制品的生產周期短，就是充分利用了石膏材料凝結硬化快的特性。
