1. Minerale samenstelling: Kleimineralen, zoals montmorilloniet en smectiet, hebben een gelaagde structuur met negatief geladen oppervlakken. Deze negatieve ladingen trekken watermoleculen aan, die waterstofbruggen vormen met de kleideeltjes. Naarmate er meer water wordt opgenomen, zetten de kleideeltjes uit en zwellen op, waardoor de klei in volume toeneemt. Zandsteen bestaat daarentegen voornamelijk uit zandkorrels, zoals kwarts, die geen significante negatieve lading hebben en niet gemakkelijk watermoleculen aantrekken.

2. Deeltjesgrootte: Kleideeltjes zijn veel kleiner vergeleken met zanddeeltjes. De kleinere deeltjesgrootte van kleimineralen vergroot hun oppervlak, waardoor er meer locaties ontstaan ​​waar watermoleculen zich kunnen hechten. Door het grotere oppervlak kan klei meer water opnemen en vasthouden, wat leidt tot grotere zwelling.

3. Interdeeltjesbinding: Kleideeltjes hebben zwakkere bindingen tussen de deeltjes vergeleken met zandsteendeeltjes. De elektrostatische krachten tussen kleideeltjes zijn zwakker vanwege de negatieve ladingen op hun oppervlak. Door deze zwakke binding kunnen kleideeltjes gemakkelijker bewegen als er water aanwezig is, waardoor een grotere uitzetting en zwelling mogelijk is. Zandsteendeeltjes worden daarentegen bij elkaar gehouden door sterkere covalente bindingen, die zwelling tegengaan.

4. Kationenuitwisselingscapaciteit (CEC): Kleimineralen hebben een hoge CEC, wat verwijst naar hun vermogen om kationen (positief geladen ionen) op hun oppervlak uit te wisselen. Wanneer water dat opgeloste kationen bevat in contact komt met klei, worden deze kationen aangetrokken door de negatief geladen kleideeltjes en vervangen ze andere reeds aanwezige kationen. De uitwisseling van kationen kan ervoor zorgen dat kleideeltjes zich verspreiden en opzwellen, wat verder bijdraagt ​​aan het zwellen van klei.

Vanwege de minerale samenstelling, de kleinere deeltjesgrootte, de zwakkere binding tussen de deeltjes en de hoge CEC heeft klei dus een grotere neiging om te zwellen als het in contact komt met water dan zandsteen.