通常情况下需要将耐火砖的结构分为纳观、微观、细观和宏观结构四个层次。

耐火砖纳观结构的标尺长度为纳米(nm或l0-9m)。纳观结构领域主要研究耐火砖中晶体、晶界和玻璃体的结构。纳观结构在很大程度上决定了耐火砖的本质，极大影响耐火砖的真密度、热膨胀、比热容、导电性以及抗侵蚀、抗水化、耐真空性等很多重要性质。

耐火砖微观结构的标尺长度为微米或(um或10-6m)。微观结构领域是耐火砖工艺的主要研究内容之一。在微观结构领域，主要研究耐火砖的骨料和基质中，主晶相、结合相、气孔相、玻璃相或杂质的组织形式，各相数量多少、 尺寸大小、分布宽窄、形貌特征以及结合方式对性能的影响。对于同种耐火砖，显微结构的差异常常对性能有着决定性的影响。

耐火砖细观结构的标尺长度为毫米(mm或l0-3m)。细观结构也是耐火砖工艺研究的主要内容。在细观结构领域，主要研究粗骨料、细骨料以及基质的种类、品质、数量、粒度和分布对耐火砖性能的影响，通过选择或调整工艺参数来最大限度发挥耐火原料的特性，改进耐火砖的性能。

耐火砖宏观结构的标尺长度为米(m)。宏观结构是耐火砖应用技术的主要的研究内容，也是耐火砖工艺人员需要掌握的内容。宏观结构主要研究合理地设计、砌筑、使用或维护窑衬，通过减轻窑衬的工作负荷和提高隔热效果。以最大限度发挥现有耐火砖的功能。

耐火砖是一种十分复杂的无机非金属颗粒复合材料。耐火砖的物理化学性能、损毁机理、使用寿命都可以通过调控其化学成分、组织结构加以改变。水泥行业的科技人员主要通过选择现有耐火砖，合理设计窑衬结构，改善窑衬的砌筑和使用来提高耐火砖的寿命。