一个硅原子与四个氧原子成键的四面体排列。大多数氧原子会与两个硅原子结合，这样两个四面体就会在一个角上连在一起。（桥接原子）取向可以是随机的，导致非晶态结构。有些氧原子只与一个硅原子（非桥接原子）成键。桥接与非桥接的相对数量决定了氧化物的“质量”。
除了无定形外，SiO2还有许多不同的晶体形式（晶型）。除了辉钛矿和纤维状硅外，所有的晶体形式都涉及四面体SiO4单元，它们由共享的顶点以不同的排列方式连接在一起。不同晶体形式的硅氧键长度不同，例如在α-石英中键长为161 pm，而在α-三钇矿中键长在154-171 pm。Si-O-Si角在α-三辉石中为140°，在β-三辉石中为180°。在α-石英中，Si-O-Si角为144°。
纤维状二氧化硅具有类似于SiS2的结构，具有共享边缘的硅四面体链。相比之下，高压力的锑钛矿具有类似规则石的结构，其中硅是六坐标的。钾辉石的密度为4.287 g/cm3，相对于低压型的α-石英密度为2.648 g/cm3。猜您对有关于二氧化硅的文章感兴趣：
硅如何从二氧化硅中分离出来？
Si-O键长在α-石英中有6个最短的键长（4个为176 pm, 2个为181 pm），而在α-石英中有6个最短的键长（161 pm），因此密度的差异可以归因于配位的增加。配位的变化增加了硅氧键的离子性。更重要的是，对这些标准参数的任何偏差都构成了微观结构的差异或变化，这代表了一种接近无定形、玻璃状或玻璃状固体的方法。
在正常条件下，唯一稳定的形式是α-石英，其中通常遇到晶体二氧化硅。在自然界中，晶体α-石英中的杂质会产生颜色（见列表）。高温矿物方石英和三辉锑矿的密度和折射率均低于石英。由于成分相同，差异的原因一定是高温矿物的间距增加。和许多物质一样，由于振动能量的增加，温度越高，原子之间的距离就越远。
α-石英向β -石英的转变在573℃突然发生。由于这种转变伴随着体积的显著变化，它很容易引起陶瓷或岩石的破裂，通过这个温度极限。
与石英相比，高压矿物，如绢云母、辉锑矿和柯石英具有更高的密度和折射指数。这可能是由于在原子形成过程中必须发生的原子的强烈压缩，导致更凝聚的结构。
Faujasite silica是另一种晶体硅。它是由低钠、超稳定Y型沸石经酸和热处理联合脱铝得到的。所得产品含有99%以上的二氧化硅，结晶度高，比表面积大（超过800 m2/g）。硅石具有很高的热稳定性和酸稳定性。例如，即使在浓盐酸中煮沸后，它仍能保持高度的长程分子秩序（或结晶度）。
某些SiO2形态的折射率与密度的关系：
