그림과 같이 geopolymerisation의 모식도를 나타내었다. Si-OH나 Al-OH 구조로부터 HaO가 탈수되어 Si-O-Si나 Si-O-AI의 체인구조로 변화된다. 또한 geopolymerisation 반응시 Si-O나, AI-O이 강한 알칼리 자극성 용액에 노출될 때 공유결합이 파괴되고 이로부터 노출된 외부기에 중금속이온(Mn+)이 접하게 되면 [-Si-O-M-]의 3차원구조가 형성되면서 <그림 7-4>와 같이 중금속의 고정화가 진행되게 된다. A. Palomo et. al 등은 Pb2+ 이온이 Si-OH 와 만나게 되면 Pb3SiO5의 불용성 화합물을 생성한다고 하였으며, 이러한 반응작용기구에 의해서 중금속이온이 효과적으로 안정화된다고 보고하고 있다.
지오폴리머 콘크리트는 결합재로서 포틀랜드 시멘트를 필요로 하지 않는 새로운 개념의 ‘신재료’이다. 포틀랜드 시멘트를 사용하지 않는 대신에 Si와 Al이 풍부한 fly ash와 같은 무기물이 알칼리성의 액체에 의해 활성화되어 결합재로서 작용하게 되며, 시멘트를 사용한 콘크리트의 압축강도는 30~35 MPa 정도인데 반하여 지오폴리머 콘크리트의 강도는 약 60 MPa정도로 고강도를 나타내는 것으로 보고되고 있다. 지오폴리머는 앞서 설명한 바와 같이 축중합반응을 하는데, 축중합과정은 강알칼리 분위기 하에 Al, Si이온의 화학적 반응을 통하여 중합체 Si-0-Al-O를 구성하는 과정을 의미한다. 지오폴리머의 화학적 구성은 제올라이트(zeolites)와 유사하지만 비결정질의 미세구조를 보인다는 점에서 다르다. 지오폴리머 구조의 모델은 여전히 연구 중에 있기 때문에 지오폴리머가 응결, 경화되는 정확한 메커니즘은 아직까지 명확하지 않다.
지오폴리머화는 삼차원의 커다란 분자를 구성하는 단위 조직을 통하여 올리고머를 형성하는 발열반응이다. 이러가지 고화반응의 하나가 알루미나규산염 산화물과 알칼리나 알칼리-폴리 규산염의 화학반응이며, 이 반응은 (SiO2, Al2(OH)4)가 2(Si2O5,Al2 (OH)4)→2(Si2O5,Al2O2)n+4H2O이나 SiO나 Al2O 증기의 응축에 의한 반응인 4SiO+ 2Al2O+4O2 -> (Si2O5,Al2O2)n으로 형성한다.
지오폴리머의 반응 속도 모델은 특별한 용도를 위한 혼합물의 준비와 생산에서는 품질의 향상을 위해서 중요하며, 이것에 의해서 지오폴리머 생성에 대한 예측이 가능하다.
지오폴리머의 형성에 있어서 알칼리 금속은 알칼리 요소(M)으로 사용될 수 있 다. 알칼리 금속 양이온은 지오폴리머화의 모든 단계와 겔의 고화와 결정화에 영향을 미치며, 양이온은 지오폴리머의 구조형성에 기여하게 된다. 또한 양이온의크기는 결정구조에 영향을 미친다. 나트륨이온은 칼륨이온보다 이온크기가 작으며, 작은 규산염 올리고머에서 강한 이온쌍을 형성한다. 반면에 칼륨이온은 AlI(OH)4-와 결합하여 큰 규산염 올리고머를 형성하기가 용이하다. 이러한 특성으로 칼륨이온하에 제조된 지오폴리머는 나트륨이온에 의해서 제조된 지오폴리머보다 압축강도가 높게 나타난다. 또한 칼슘이온은 비정질의 Ca-Al-Si 겔 구조에 의한 지오폴리머 형성을 강화시킨다. 여러 논문에 칼슘은 지오폴리머 결합강도에 분명한 효과가 있으며, CaO의 함량이 증가하는 경우, 미세기공이 감소하고 비정질 Ca-Al-Si 겔 구조 형성으로 인하여 최종 제품이 강화된다.