Krzemionka to tlenekkrzemu(IV) - SiO2.
Ogólny, sumaryczny wzór krzemionki (SiO2) nie oddaje dobrze jej faktycznej struktury chemicznej. W rzeczywistości tworzy ona rozbudowane struktury przestrzenne, w których każdy atom krzemu jest połączony z czterema atomami tlenu, zaś każdy atom tlenu łączy się z dwoma atomami krzemu:
Rzeczywista, przestrzenna struktura krzemionki
Czysta krzemionka posiada kilka odmian krystalicznych. Pod normalnym ciśnieniem:
kwarc α - który w temperaturze 846 K przechodzi w
kwarc β - który w temperaturze 1143 K przechodzi w
trydymit β - który w temperaturze 1743 K przechodzi w
krystobalit β - który w temperaturze 1983 K ulega stopieniu do cieczy.
Natomiast przy wysokich ciśnieniach występują jeszcze krytobalit α i trydymid α
Szybkie schładzanie ciekłej krzemionki prowadzi do otrzymania krzemionki bezpostaciowej, która składa się z kombinacji domen fazy amorficznej przemieszanej z domenami kwarcu, trydymitu i krystobalitu.
Krzemionka jest bardzo odporna chemicznie i nie raguje z niczym oprócz wrzącego, stężonego roztworu wodnego KOH i NaOH, stopionego Na2CO3 i K2CO3, gazowego fluorowodoru (HF) oraz stężonego roztworu tego gazu w wodzie zwanego kwasem fluorowodorowym.
W wyniku reakcji z KOH, NaOH, Na2O3 i K2CO3 powstają odpowiednie sole - krzemiany sodu i potasu - które są rozpuszczalne w wodzie i sprzedawane jako tzw. szkło wodne.
Krzemionka jest bardzo rozpowszechnionym związkiem w skorupie ziemskiej. W miarę czyste jej postacie (głównie piasek i piaskowiec) stanowią ok 12% jej masy, natomiast jeśli uwzględnić także wszystkie minerały w skład których wchodzi ona jako część ich struktury łączna jej zawartość wynosi ok 50% skorupy ziemskiej.
Krzemionka jest podstawowym składnikiem kilku powszechnie stosowanych materiałów. Są to: