耐火原料的化學礦物組成決定了耐火原料的本質。天然原料通常根據它們的化學成分，即主要成分和有害雜質成分來區分等級，有少數可通過人工揀選，剔除肉眼顆見伴生礦物及有害雜質成分而成為優質原料。絕大部分天然礦物原料則需經過選礦、提純、分級才能用于耐火材料的生產。對于優質耐火材料的生產，不僅要考慮化學組成還要考慮到所用原料的主晶相含量、結晶尺寸甚至晶相的形貌特征等。
化學組成即通常所稱的化學成分，是耐火原料的最基本特征，按各個化學成分含量的多少和作用將其分為兩部分：即占絕對多量的主要成分和占少量的副成分，副成分包括原料伴隨的有害雜質成分和原料生產加工過程中為改善其性能或易于生產而特別加入的添加成分。
1.主成分
主成分是構成耐火原料的主題，它的性質與數量直接決定著耐火原料的質量。主成分也可以是高熔點的氧化物，如氧化鋁(Al2O3)，氧化硅(SiO2)，氧化鎂(MgO)等，或者是復合氧化物如莫來石(3Al2O3·2SiO2)，鎂鋁尖晶石(MgO·Al2O3)等，也可以是某些單質和非氧化物，如碳和石墨(C)，碳化硅(SiC)，氮化硼(BN)等。耐火原料常見氧化物、復合氧化物、單質和非氧化物的熔點列于表1中。
表1耐火原料常見主成分的熔點
2.雜質成分
雜質成分是指由于天然原料純度有限而被帶入或生產加工過程中混入的對耐火原料性能具有不良影響的少量成分。一般來說，K2O，Na2O，FeO或Fe2O3都是耐火原料中的有害雜質成分，堿性耐火原料(RO為主成分)中的酸性氧化物(RO2)及酸性耐火原料中的堿性氧化物都被視為雜質成分。雜質成分在高溫下具有強烈的熔劑作用，他們之間相互作用或與主成分作用，使得共熔液相生成溫度降低或者液相量增加，從而降低原料的耐火性能。可以從以下三個方面衡量雜質成分熔劑作用的強弱：
①系統中開始生成共熔液相溫度的高低;
②單位雜質成分作用生成的液相量：
③隨溫度升高，液相量的增長速度。
共溶液相的生成溫度愈低、液相生成量愈多，而且隨溫度升高液相最增長速度越快的雜質成分，其熔劑作用愈強，對原料的耐火性能影響也愈大。
當然，雜質成分也有降低原料燒成溫度，促進燒結和致密化的作用。
3.添加成分
在耐火原料研究與生產中，為了促進其高溫物相變化和降低燒結溫度或擴大燒結溫度范圍，有時添加少量其它成分。按共作用不同通常有礦化劑、穩定利、燒結劑等，它們的加入量很少，但卻能明顯地降低原料的生產成本或改善耐火原料的性能。添加成分的作用與機理是耐火原料燒結研究中的重點，受到普遍重視。一些耐火原料的添加成分與作用效果列于表2中。
表2耐火原料的添加成分與作用
4.燒失量(LOI)
在進行耐火材料的化學分析時，除主成分氧化物和副成分的含量外，通常還要測定其燒失量(Loss on ignition，縮寫為LOI)，即將在105-110℃烘干的原料在1000~1100℃灼燒啟失去的重量百分比，原料燒失量的分析有其特殊意義，它表征原料加熱分解的氣態產物(如H2O，CO2等)和有機質含量的多少，從而可以判斷原料在使用時是否需要預先對其進行煅燒，使原料體積穩定。
按照化學分析所得到的成分，可以判斷原料的純度，大致計算出其耐火性能，借助有關相圖也可大致計算出其礦物組成。
耐火原料的化學成分分析是按專門的方法進行的，國際標準和國家標準中作了規定。近年來化學分析方法不斷朝著加快分析進度和提高分析精度的方向發展，如絡合物滴定，比色分析，火焰光度法，光譜分析和X射線熒光分析等。
