煤灰成分複雜，主要由矽、鋁、鐵、鈦、鈣、鎂、硫、鉀、鈉等元素的氧化物與鹽類組成，其中主要成分為SiO2、Al2O3、Fe2O3、Fe3O4、FeO和CaO，還有少量的MgO、TiO2、K2O、Na2O、P2O5、SO2以及微量元素的化合物。
煤灰成分取決於煤中礦物質，這些礦物質的形成與成煤環境和煤層後期經歷密切相關。根據煤灰成分可以大致推測出煤中礦物質組成，判斷灰熔點的高低，為灰渣的綜合利用提供基礎技術資料。而且，煤灰成分還可以用於地質勘探過程中煤層的對比依據，並可以判斷煤炭燃燒時對鍋爐的腐蝕狀況。