二氧化硅（化学式SiO₂）是地球地壳中最常见的化合物之一，由硅原子与氧原子以1:2的比例结合形成稳定的四面体结构。自然界中它以结晶态（如石英、水晶）或无定形态（如蛋白石）广泛存在，在沙滩的砂粒中占比高达90%以上。这种物质具有1723℃的高熔点（α-石英相变点），硬度达到莫氏7级，化学性质极其稳定，仅能与氢氟酸发生显著反应。
工业领域的应用尤其需要关注其变体特性，特别是气相法白炭黑（粒径7-40nm）和沉淀法二氧化硅（孔径2-50nm）在橡胶增强方面的差异。作为食品添加剂（E551）时，其抗结块性能取决于粒径控制（通常20-300μm），而半导体级高纯硅要求纯度达99.9999%（6N级）。在光电领域，熔融石英的透光范围涵盖深紫外到近红外（170nm-3500nm），这使得它成为光纤通信的核心材料。
值得注意的是，纳米二氧化硅（比表面积50-380m²/g）展现出独特的量子效应，被广泛应用于药物载体和涂料改性。生物体内也存在硅元素，某些海洋生物（如硅藻）甚至利用二氧化硅构建细胞壁，这种生物矿化机制启发了新型仿生材料的研发。不同晶型如α-石英、β-石英、鳞石英之间的相变温度（573℃、870℃）直接影响了耐火材料的选用标准。
