黏土矿物（clay minerals）是指具有层状构造的含水
铝硅酸盐矿物，是构成
黏土岩、
土壤的主要
矿物组分，如
高岭石、
蒙脱石、
伊利石等。
黏土矿物是组成粘土岩的最主要矿物成分。最常见的黏土矿物属层状构造硅酸盐矿物，主要有高岭石、多水高岭石、蒙脱石、水云母、海绿石、绿泥石等。非晶质黏土矿物有
水铝英石，链状构造者有海泡石等。黏土矿物的化学成分以SiO2、Al2O3和水为主，而每种矿物的成分又有差别，如高岭石含Al2O3最高，海泡石中MgO高，而水云母中则K2O最多。不同黏土矿物的晶体结构、形状、物理性质上都有差别，可作为鉴定依据。黏土矿物有从周围介质中吸附离子的性能，这一方面影响粘土质岩石的性质，另一方面当吸收一定有用元素后会形成有价值的矿床。
黏土矿物是影响砂岩储集性能的重要因素。黏土矿物成因、绝对含量、成分、产状及晶体形态等都与砂岩储集性能有一定的关系。研究表明，黏土矿物对砂岩储集性能的影响程度与砂岩本身的成熟度有关。当砂岩成熟度高时，随黏土矿物绝对含量的增加，其储集性能降低，尤其是渗透率降低；但高成熟度砂岩随高岭石和充填状黏土矿物含量增高，物性相对变好。当砂岩的结构和成分成熟度比较低时，黏土矿物对其储集物性影响较小，而主要与岩石本身的成分和结构有关。研究还表明，不同形态的伊利石对砂岩的物性影响也不同，片状伊利石有利于改善储层物性，而纤维状和发丝状伊利石增多会使砂岩储集物性降低或变为非储层。
黏土矿物在沉积和埋藏作用过程中可发生转变 。它的形成和转化与其所处的环境有密切关系，因此深入研究黏土矿物的组合与含量的变化、结构特点与转化规律以及粒度分布等特征，可以推测其形成区和来源区的风化作用类型和气候演变规律，有助于揭示全球性的环境演变规律。对黏土矿物的大量研究所揭示的古气候环境演变的信息，已被用于重建古气候和恢复大陆古环境。此外，由于黏土矿物具有较强的吸附性、离子交换性和膨胀性，对水体中各种类型的污染物有良好的吸附性能，并使土壤有一定的
自净作用，所以在环境污染的防治中有广阔的应用前景。