قلعه‌ضحاک هشترود، ازجمله محوطه‌های باستانی شاخص در شمال‌غرب ایران (استان آذربایجان شرقی)، دارای تزئینات گچ‌بری ارزشمندی است. بخشی از آثار به‌دست آمده از کاوش، در محل سایت‌موزۀ مجموعۀ قلعه‌ضحاک، بخشی در مخزن موزۀ آذربایجان تبریز و تعداد محدودی در گالری اصلی موزه نگه‌داری می‌شود. آثار به‌دست آمده شامل نقوش: انسانی، حیوانی، گیاهی و هندسی است. پژوهش حاضر با هدف ارزیابی کیفیت ساختار بلوری، ترکیب کانی‌شناسی و بررسی میزان تخریب ساختاری تزئینات گچی ‌است. مجموعه‌ای از مطالعات آزمایشگاهی ازجمله پراش پرتو ایکس (XRD)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (Fe-SEM)، کروماتوگرافی یونی (IC)، تخلخل‌سنجی و پایش شرایط محیطی دما و رطوبت را بر روی نمونه‌های هر دو محل (سایت‌موزه و مخزن موزه) انجام شده ‌است. نتایج آنالیز فازی نشان می‌دهد؛ فاز اصلی و شاخص گچ‌بری‌ها ژیپس (CaSO₄·2H₂O) و کوارتز (SiO2) بوده، در ادامه فازهای کلسیت (CaCO3)، آلبیت (NaAlSi3O8)، آنورتوکلاز (O8ا(Si3Al)(Na,K)) و فاز آنورتیت (CaAl2Si2O8) نیز شناسایی شدند. طبق نتایج IC حضور یون‌های مخرب کلرید و نیترات در سطح پایین و غیرتخریبی تشخیص داده‌‌ شده ‌است. داده‌های بلورشناسی نشان می‌دهد؛ تغییرات ساختاری ایجاد شده متعلق به زمان پیش از کاوش و دفن آثار بوده، از زمان کاوش تاکنون تخریب ساختاری مشاهده نشده‌است. با این‌حال، شرایط بالای رطوبت سایت‌موزه و عدم وجود استانداردهای حفاظتی لازم به‌نظر می‌رسد فرآیند آسیب تسریع یابد. پیشنهاد می‌شود با اصلاح شرایط دما، رطوبت و طراحی ویترین‌های استاندارد در کنار پایش دوره‌ای، به‌عنوان راهکار حفاظتی مؤثر مدنظر قرار گیرد.