硅溶胶中纳米二氧化硅颗粒的结构是由随机分布的SiO_^4- 四面体组成的，因而是无定形二氧化硅（非结晶态），不同于石英晶体的分子结构（在分子水平上有序排列）。硅酸钠（水玻璃）是可溶性固体或均相的水溶液，其pH范围为12-13；而硅溶胶是5-150nm的二氧化硅颗粒在液体中的非均相分散体系，pH范围通常为9-11。硅酸钠是由硅酸盐单体组成；而硅溶胶由聚合硅酸盐组成。

硅酸钠成分中SiO₂ / Na₂O比率大约为2-4；而硅溶胶中SiO₂/Na₂O的比率通常大于50。另外，硅酸钠的粘度接很高（似胶水），而硅溶胶的粘度小（接近于水的粘度）。