稻殼灰的主要成分包括二氧化矽（SiO2）、未燃盡的碳（C）、以及少量的其他元素和化合物，如氧化鉀（K2O）、氧化鈉（Na2O）、氧化鎂（MgO）和氧化鈣（CaO）等。
稻殼灰中的二氧化矽含量通常超過80%，而且二氧化矽的形態和含量與稻殼的焚燒溫度有關。在高溫下焚燒稻殼會產生更多的晶質二氧化矽，而在低溫下焚燒則會產生更多的無定形二氧化矽。稻殼灰的表面結構緻密，這是因為稻殼外表面有一層二氧化矽保護膜，這層保護膜在燃燒和熱解過程中未被嚴重破壞，因此稻殼灰內部保留了大量的納米尺度和微米尺度的孔隙。這些孔隙的存在使得稻殼灰具有巨大的比表面積和火山灰活性，使其在工業和環保領域有廣泛的套用。