天壇硯石屬于粉砂質泥質巖, 其主要的礦物成分為絹云母、綠泥石、石英、白云石和黃鐵礦等。據地質學家考證，屬寒武紀時代，盤谷曾是海灣，后因地殼變動隆起為山脈。海水中大量泥灰沉積物在長期高壓之下逐漸形成今天的硯石。金線、玉帶的主要礦物質成份是綠泥石和方解石，金星墨斑是銀白色絹云母和黑云母，即所謂“端石有眼，盤石有線”。