通常情況下需要將耐火磚的結構分為納觀、微觀、細觀和宏觀結構四個層次。

耐火磚納觀結構的標尺長度為納米(nm或l0-9m)。納觀結構領域主要研究耐火磚中晶體、晶界和玻璃體的結構。納觀結構在很大程度上決定了耐火磚的本質，極大影響耐火磚的真密度、熱膨脹、比熱容、導電性以及抗侵蝕、抗水化、耐真空性等很多重要性質。

耐火磚微觀結構的標尺長度為微米或(um或10-6m)。微觀結構領域是耐火磚工藝的主要研究內容之一。在微觀結構領域，主要研究耐火磚的骨料和基質中，主晶相、結合相、氣孔相、玻璃相或雜質的組織形式，各相數量多少、 尺寸大小、分布寬窄、形貌特征以及結合方式對性能的影響。對于同種耐火磚，顯微結構的差異常常對性能有著決定性的影響。

耐火磚細觀結構的標尺長度為毫米(mm或l0-3m)。細觀結構也是耐火磚工藝研究的主要內容。在細觀結構領域，主要研究粗骨料、細骨料以及基質的種類、品質、數量、粒度和分布對耐火磚性能的影響，通過選擇或調整工藝參數來最大限度發揮耐火原料的特性，改進耐火磚的性能。

耐火磚宏觀結構的標尺長度為米(m)。宏觀結構是耐火磚應用技術的主要的研究內容，也是耐火磚工藝人員需要掌握的內容。宏觀結構主要研究合理地設計、砌筑、使用或維護窯襯，通過減輕窯襯的工作負荷和提高隔熱效果。以最大限度發揮現有耐火磚的功能。

耐火磚是一種十分復雜的無機非金屬顆粒復合材料。耐火磚的物理化學性能、損毀機理、使用壽命都可以通過調控其化學成分、組織結構加以改變。水泥行業的科技人員主要通過選擇現有耐火磚，合理設計窯襯結構，改善窯襯的砌筑和使用來提高耐火磚的壽命。