氧化铝的结构是O^2-排成密排六方结构，Al³⁺占据间隙位置。由于化合价的原因，只能由两个Al³⁺对三个O^2-，因而有2/3的间隙被占据。在自然界中存在含少量Cr、Fe和Ti的纯氧化铝。根据含杂质的多少，氧化铝可呈红色（如红宝石）或蓝色（如蓝宝石）。实际生产中，氧化铝陶瓷按Al₂O₃含量可分为75、95和99等几种瓷。

由于氧化铝的熔点高达2050℃，而且抗氧化性好，所以广泛用作耐火材料。较高纯度的Al₂O₃粉末压制成型、高温烧结后可得到刚玉耐火砖、高压器皿、坩埚、电炉炉管、热电偶套管等。微晶刚玉的硬度极高（仅次于金刚石），并且其红硬性达1200℃，所以微晶刚玉可作要求高的各类工具，如切削淬火钢刀具、金属拔丝模等，其使用性能皆高于其他工具材料。

氧化铝陶瓷具有很高的电阻率和低的导热率，是很好的电绝缘材料和绝热材料。同时，由于其强度和耐热强度均较高（是普通陶瓷的5倍），所以是很好的高温耐火结构材料，如可作内燃机火花塞、空压机泵零件等。

另外，用氧-乙炔火焰将氧化铝粉熔化，制成单晶体，可用作蓝宝石激光器；氧化铝管培可应用于钠蒸气照明灯泡。