Charakterystyczna część geopolimeru – łańcuch polimerowy, składa się z czworościennych struktur SiO4 i AlO4- połączonych między sobą przez wspólne atomy tlenu w dwu- lub trójwymiarową, skomplikowaną sieć. Ujemny ładunek fragmentów zawierających glin jest równoważony przez kationy metali. Empiryczny wzór liniowej cząsteczki (pojedynczego łańcucha) geopolimeru to Mn[(SiO2)zAlO2]n·kH2O, gdzie M to metal lub kilka metali, zaś liczby n, z i k zależą od składu i sposobu przygotowania konkretnej próbkiGeopolymer concrete from regional waste streams.
Przyjmuje się, że geopolimery są amorficznymi ciałami stałymi, jednak jest to kwestia dyskusyjna. Głównie dlatego, że podczas analizy (np. NMR) geopolimery wykazują obecność struktur typu Q3 i Q4, a więc występują w nich tetraedry krzemo-tlenowe trzecio- i czwartorzędowe. Wskazuje to na występowanie rozbudowanych struktur przestrzennych (jak w zeolitach), jednak dokładna struktura geopolimerów nie została określona.