檸檬酸可以以無水或一水形式存在。檸檬酸結晶形態因結晶條件不同而存在差異，在干燥空氣中微有風化性，在潮濕空氣中有吸濕性，加熱可以分解成多種產物，可與酸、堿、甘油等發生反應。無水檸檬酸是從熱水中結晶出來的，而一水檸檬酸是從冷水中結晶出來的。一水檸檬酸可在 78 °C 左右脫去結合水轉化為無水檸檬酸。檸檬酸還能在 15 °C 時溶解于無水乙醇（每100份乙醇含76份檸檬酸），并可與乙醇反應，生成檸檬酸乙酯。溫度超過約 175 °C時，檸檬酸會分解并釋放二氧化碳。 [4]
電離情況：
檸檬酸是一種三元酸 [5]，其在 25 °C 時的電離常數為：pK1=3.13；pK2=4.76；pK3=6.40 [6]。在pH值為7左右的生物體系中，存在的兩種物質是檸檬酸根離子和檸檬酸單氫根離子。
絡合作用：
檸檬酸根離子會與金屬陽離子形成絡合物。由于螯合作用，形成這些絡合物的穩定常數相當大。因此，它甚至能與堿金屬陽離子形成絡合物。然而，當使用全部三個羧基形成螯合絡合物時，會形成7元或8元螯合環，在熱力學上通常不如較小的螯合環穩定。因此，羥基可以去質子化，形成更穩定的五元環的一部分，如檸檬酸鐵銨（NH4）5Fe(C6H4O7)2·2H2O。
