分子篩的結構特征可以分為四個方面、三種不同的結構層次。第一個結構層次也就是最基本的結構單元硅氧四面體（SiO4）和鋁氧四面體（AlO4），它們構成分子篩的骨架。相鄰的四面體由氧橋連結成環。環是分子篩結構的第二個層次，按成環的氧原子數劃分，有四元氧環、五元氧環、六元氧環、八元氧環、十元氧環和十二元氧環等。環是分子篩的通道孔口，對通過分子起著篩分作用。氧環通過氧橋相互聯結，形成具有三維空間的多面體。各種各樣的多面體是分子篩結構的第三個層次。多面體有中空的籠，籠是分子篩結構的重要特征。籠分為α籠，八面沸石籠，β籠和γ籠等。
分子篩的籠：α籠：是A型分子篩骨架結構的主要孔穴，它是由12個四元環，8個六元環及6個八元環組成的二十六面體。籠的平均孔徑為1.14nm，空腔體積為760[Å]3。α籠的最大窗孔為八元環，孔徑0.41nm。八面沸石籠：是構成X-型和Y-型分子篩骨架的主要孔穴，由18個四元環、4個六元環和4個十二元環組成的二十六面體，籠的平均孔徑為1.25nm，空腔體積為850[Å]3。最大孔窗為十二元環，孔徑0.74nm。八面沸石籠也稱超籠。β籠：主要用于構成A型、X-型和Y型分子篩的骨架結構，是最重要的一種孔穴，它的形狀宛如有關削頂的正八面體，空腔體積為160[Å]3，窗口孔徑為約0.66nm，只允許NH3、H2O等尺寸較小的分子進入。此外還有六方柱籠和γ籠，這兩種籠體積較小，一般分子進不到籠里去。不同結構的籠再通過氧橋互相聯結形成各種不同結構的分子篩，主要有A-型、X型和Y型。
A型分子篩：類似于NaCl的立方晶系結構。若將NaCl晶格中的Na+和Cl-全部換成β籠，并將相鄰的β籠用γ籠聯結起來就得到A-型分子篩的晶體結構。8個β籠聯結后形成一個方鈉石結構，如用γ籠做橋聯結，就得到A-型分子篩結構。中心有一個大的α的籠。α籠之間通道有一個八元環窗口，其直徑為4Å，故稱4A分子篩。若4A分子篩上70%的Na+為Ca2+交換，八元環可增至5Å，對應的沸石稱5A分子篩。反之，若70%的Na+為K+交換，八元環孔徑縮小到3Å，對應的沸石稱3A分子篩。
