玄武岩结晶程度和晶粒的大小，主要取决于岩浆冷却速度。如果是冷却较慢，比如一天降几度，则形成的是几毫米大小、等大的晶体；如果是快速冷却，比如一分钟降上百度,则形成的是细小的针状、板状晶体或非晶质玻璃。因此在通常的地表条件下，玄武岩主要是呈细粒至隐晶质或玻璃质结构，少数为中粒结构。常含橄榄石、辉石和斜长石斑晶，构成斑状结构。斑晶在流动的岩浆中可以聚集，称聚斑结构。这些斑晶可以在、在玄武岩浆通过地壳上升的过程中形成，也有可能于喷发前巨大的岩浆储源中形成。基质结构变化大，随岩流的厚薄、降温的快慢和挥发组分的多寡，在全晶质至玻璃质之间存在各种过渡类型，但主要是间粒结构、填间结构、间隐结构，较少次辉绿结构和辉绿结构。
玄武岩构造与其固结环境有关。陆上形成的玄武岩，常呈绳状构造、块状构造和柱状节理；水下形成的玄武岩，常具枕状构造。而气孔构造、杏仁构造可能出现在各种玄武岩中。
玄武岩的化学成分与辉长岩相似，主要是二氧化硅、三氧化二铝、氧化铁、氧化钙、氧化镁（还有少量的氧化钾、氧化钠），其中SiO2含量最高，一般含量在45%～52%之间，其中K2O+Na2O含量较侵入岩略高，CaO、Fe2O3+FeO、MgO含量较侵入岩略低。
玄武岩的矿物成份主要由基性长石和辉石组成，次要矿物有橄榄石，角闪石及黑云母等。
玄武岩根据组成矿物、结构、形成环境等不同分为许多品种：
按次要矿物的不同，可划分为橄榄玄武岩、紫苏辉石玄武岩等；按结构构造，可分为气孔状玄武岩、杏仁状玄武岩等；按化学成分和矿物成分，可分为高铝玄武岩、碱性玄武岩和拉斑玄武岩等；按碱度划分，可分为碱性玄武岩、过渡玄武岩、拉斑玄武岩、钙碱性玄武岩和钾玄岩；按形成环境分，包括形成于陆地拉张环境的大陆溢流玄武岩和形成于海底扩张带的洋底玄武岩。
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