石膏的化学成分主要是硫酸钙（CaSO₄）。
硫酸钙通常以二水合物形式存在，即含有两个结晶水分子的硫酸钙，化学式为CaSO₄·2H₂O。这种形态的石膏也被称为建筑石膏或熟石膏，在建筑行业中用作建筑材料，在医学上则用于制作石膏绷带。
此外，硫酸钙还可以以无水物形式存在，称为无水石膏，化学式为CaSO₄。无水石膏在工业上也有广泛的应用，比如作为水泥的缓凝剂、陶瓷的原料等。在不同的条件下，硫酸钙的二水合物和无水物之间可以相互转换。