石膏的主要成分是硫酸钙（CaSO₄），其存在形式因结晶水含量的不同而有所区别。生石膏是二水硫酸钙（CaSO₄·2H₂O），而熟石膏则是半水硫酸钙（CaSO₄·0.5H₂O）。当熟石膏粉末与水混合时，会发生水化反应，重新生成生石膏并硬化。在这个过程中，“消失”的水分子实际上转化为硫酸钙中的结晶水。

石膏是硫酸钙的水合物，硫酸钙是一种常见的化学物质，广泛应用于生活和工业中。例如，豆腐制作中常用的凝结剂、骨折时用于固定的石膏绷带以及普通粉笔的主要成分都含有硫酸钙。

在自然条件下，硫酸钙会与水结合形成二水硫酸钙，即生石膏。生石膏在加热至128℃时会失去1.5个水分子，转变为半水硫酸钙，也就是熟石膏。若继续加热至163℃以上，熟石膏会失去所有结晶水，变成无水硫酸钙。

结晶水是指存在于晶体中的水分子，它们在晶格中占据固定位置，与其他化合物形成结晶水合物。例如，无水硫酸铜（CuSO₄）是白色粉末，与水结合后会形成五水硫酸铜（CuSO₄·5H₂O），后者呈蓝色晶体。结晶水合物的结构通常较为复杂，许多盐类在溶于水后析出晶体时会形成结晶水合物，但这些物质的性质往往不稳定，加热到一定程度后会失去水分子。

熟石膏（CaSO₄·0.5H₂O）加水后会重新转化为生石膏（CaSO₄·2H₂O），这一过程中熟石膏表现出可塑性，而转化为生石膏后则会硬化。这一特性使得石膏在建筑、医疗和玩具制造等领域有广泛应用，例如制作刷墙材料、石膏玩具或石膏绷带等。

此外，熟石膏吸水变为生石膏的过程会释放热量，这是因为水合反应通常会放热。类似的例子还有水泥与水混合后产生的水化热。如果大体积混凝土在水化过程中散热不充分，可能会导致应力和开裂等问题。