Kaolin ist kein einzelnes, chemisch einheitliches Molekül, sondern ein natürliches Gemenge mit Kaolinit als Hauptbestandteil. Für das Mineral Kaolinit wird die Formel Al2Si2O5(OH)4 angegeben; strukturell gehört es zu den geschichteten Silikatmineralen. Jede Lage umfasst eine Silikat-Tetraederschicht und eine Aluminium-Sauerstoff-Hydroxid-Schicht, die über gemeinsame Sauerstoffatome verbunden sind. Zwischen den Lagen wirken Wasserstoffbindungen, wodurch sie enger verbunden sind als bei quellfähigen Tonmineralen.
Die Lagen des Kaolinits tragen keine Nettoladung und enthalten daher nicht die großen Zwischenschicht-Kationen, die bei anderen Tonmineralen vorkommen können. Diese Struktur steht mit der vergleichsweise niedrigen Ionenaustauschfähigkeit und der geringen Neigung zum Quellen in Verbindung. Wasser dringt aufgrund der Bindungen zwischen den Schichten nur begrenzt dazwischen ein. Werden die plättchenförmigen Kristalle befeuchtet, lagern sich Wassermoleküle an ihre Oberflächen; die Kristalle können dadurch aneinanderhaften und dem Ton Zusammenhalt verleihen.
Für Kosmetik sind die belegten Funktionen vor allem physikalischer Art: Kaolin kann Stoffe absorbieren, als Abrasiv wirken, Pulver vor dem Zusammenbacken bewahren und Produkte trüben oder färben. [F] Diese Funktionsbeschreibung erklärt, weshalb der Rohstoff in Puder, Masken und anderen Formulierungen eingesetzt wird, ohne einen bestimmten biologischen Hautmechanismus vorauszusetzen. Eine Aufnahme von Oberflächenmaterial kann das Hautgefühl und den Glanz vorübergehend beeinflussen; das ist von einer Veränderung der Hautphysiologie zu unterscheiden. Aussagen zu pH-Wert, chemischer Stabilität in sämtlichen Rezepturen oder einem spezifischen zellulären Wirkweg sind mit den vorliegenden Angaben nicht belegt.
Der publizierte Sicherheitsbericht zu einer Gruppe mineralischer Silikate fasst unter anderem toxikologische und hautbezogene Daten zu Kaolin zusammen. Er berichtet, dass die untersuchten Inhaltsstoffe im Ames-Bakterientest nicht genotoxisch waren, beschreibt aber auch Ergebnisse aus anderen Testsystemen und betont die Bedeutung von Mineralzusammensetzung, Partikelgröße und inhalierbarer Staubbelastung. Diese breite Sicherheitsbewertung ist keine klinische Studie zur kosmetischen Wirkung von Kaolin auf das Hautbild. Belastbare Aussagen zu einem spezifischen kosmetischen Nutzen über die physikalischen Funktionen hinaus lassen sich daraus nicht ableiten.