人们发明和使用了水泥，却不清楚它是由什么物质所组成。
水泥是用石灰石、黏土烧成的。石灰石可以烧成石灰，黏土可以烧成陶器和砖瓦。可是，把它们放在一起烧，烧出来的东西却有完全不同的性质。
人们开始研究水泥的结构。科学家依靠X射线的帮助，才了解了水泥的“内幕”。水泥是几种结晶的化合物和一些不结晶的玻璃状物质的混合物，含有三钙硅酸盐、二钙硅酸盐、三钙铝酸盐、四钙铝铁酸盐、氧化镁、石膏等。适当控制水泥配料的成分，就能使水泥具备各种不同的性能。
在水泥的成分中，三钙硅酸盐占了一半左右，是水泥中强度最高、结硬最快的。二钙硅酸盐结硬比较慢，发出热量较少较慢，到后期，水泥的结硬才比较显著，这对大体积的混凝土建筑物很适合。三钙铝酸盐结硬特别快，发出热量多而快。用它做混凝土，遇到海水容易膨胀和松裂。四钙铝铁酸盐的早期强度比较差，而发热量比较少，遇到海水也不膨胀。氧化镁像石灰一样，遇到水就会膨胀，结硬以后往往产生裂缝，但只要适当限制它的成分比例，不会影响水泥的质量。石膏能延缓水泥的凝结时间。
当人们把水泥同水混合时，在水泥颗粒间进行了一场化学反应。水泥成分里的三钙硅酸盐、二钙硅酸盐、三钙铝酸盐等同水生成了含水二钙硅酸盐、含水三钙铝酸盐和氢氧化钙。胶体状的二钙硅酸盐在水泥颗粒的外围结成了胶体层，使水泥颗粒不能立即全部跟水化合。这时候，氢氧化钙和含水三钙铝酸盐变成了水泥浆，它不断透过水泥颗粒外面的胶体层，跟里面的水泥再发生化学作用。这样，水分一层一层地不断渗进水泥的颗粒中，连续地发生化学反应。水泥浆的水分越来越少，逐渐变成结晶状后，体积变大，颗粒态，微小晶体透进水泥颗粒所形成的胶体里去，间空隙变小，最后相互结合起来。