石英玻璃時由硅氧四面體【SiO₄】以頂角共用氧的形式連接成三維網絡，石英玻璃無明顯的小角度衍射峰，說明其結構是連續的。Si-O鍵距離為0.16nm，O-O鍵距離為0.26nm。

X射線衍射測定的熔融石英玻璃中Si-O-Si鍵角的分布可以看出，Si-O-Si鍵角分布在120°~180°范圍內，中心點大約在145°，鍵角為分布范圍要不石英寬（鍵角為125°~162°）。

Si-O和O-O的距離在玻璃中與相應的晶體中是一樣的，玻璃結構的無序性，主要由于Si-O-Si鍵角大幅度可變形，導致Si與Si距離的可變性。

Si-O鍵是極性共價鍵，共價性與離子性約各占50%，因此，Si原子周圍4個O原子所形成四面體（Si原子處于四面體中心，O原子處于四面體的頂角），必須滿足共價鍵的方向性和離子鍵所要求的陰陽離子的半徑比。【SiO₄】是熔融石英玻璃和結晶態石英的基本結構單元。Si-O鍵強大約為443kJ/mol，整個【SiO₄】正負電荷重心重合，不帶極性。硅氧四面體之間是以角相連，形成向三度空間發展的架狀結構。【SiO₄】結構特性決定了熔融石英玻璃黏度大，機械強度高，熱膨脹系數小，耐熱、介電性能和化學穩定性好等優良性能。因此，硅酸鹽玻璃中SiO₂含量越高，上述各種性質就越好。

根據X射線衍射分析，證明熔融石英玻璃與方石英具有類似的結構，結構比較開放，內部存在許多平均直徑0.24nm的空虛。因此，在高溫高壓下，熔融石英玻璃具有明顯的透氣性，這在熔融石英玻璃作為功能材料時，是值得注意的問題。