純硫酸一般為無色油狀液體，密度1.84 g/cm³，沸點(diǎn)337℃，能與水以任意比例互溶，同時(shí)放出大量的熱，使水沸騰。加熱到290℃時(shí)開始釋放出三氧化硫，終變成為98.%的水溶液，在317℃時(shí)沸騰而成為共沸混合物。硫酸的沸點(diǎn)及粘度較高，是因?yàn)槠浞肿觾?nèi)部的氫鍵較強(qiáng)的緣故。由于硫酸的介電常數(shù)較高，因此它是電解質(zhì)的良好溶劑，而作為非電解質(zhì)的溶劑則不太理想。硫酸的熔點(diǎn)是10.371℃，加水或加三氧化硫均會(huì)使凝固點(diǎn)下降。

硫酸亦可被制成其他形態(tài)。例如，將高濃度的SO3通入硫酸可制成發(fā)煙硫酸，有關(guān)發(fā)煙硫酸的濃度，人們通常以SO3的百分比作準(zhǔn)或者是H2SO4的百分比作準(zhǔn)，兩者均可。一般所稱的“發(fā)煙硫酸”的濃度為45%（含109%H2SO4）或65%（含114.6% H2SO4）。當(dāng)SO3與H2SO4比例為1:1產(chǎn)物為焦硫酸（H2S2O7），焦硫酸為固體，熔點(diǎn)為36℃。

純硫酸加熱至290℃分解放出部分三氧化硫，直至酸的濃度降到98.3%為止，這時(shí)硫酸為恒沸溶液，沸點(diǎn)為338°C。無水硫酸體現(xiàn)酸性是給出質(zhì)子的能力，純硫酸仍然具有很強(qiáng)的酸性，98%硫酸與純硫酸的酸性基本上沒有差別，而溶解三氧化硫的發(fā)煙硫酸是一種超酸體系，酸性強(qiáng)于純硫酸，但是廣泛存在一種誤區(qū)，即稀硫酸的酸性強(qiáng)于，這種想法是錯(cuò)誤的。的確，稀硫酸步電離完全，產(chǎn)生大量的水合氫離子H3O+；但是和水一樣，自身自偶電離會(huì)產(chǎn)生一部分硫酸合氫離子H3SO4+，正是這一部分硫酸合質(zhì)子，導(dǎo)致純硫酸具有非常強(qiáng)的酸性，雖然少，但是酸性卻要比水合質(zhì)子強(qiáng)得多，所以純硫酸的哈米特酸度函數(shù)高達(dá)-12.0。
在硫酸溶劑體系中，H3SO4+經(jīng)常起酸的作用，能質(zhì)子化很多物質(zhì)產(chǎn)生離子型化合物：
NaCl+ H2SO4==NaHSO4+HCl（不加熱都能很快反應(yīng)）
KNO3+ H2SO4→K++HSO4-+HNO3
HNO3+ H2SO4→NO2++H3O++2HSO4-
CH3COOH+ H2SO4→CH3C(OH)2++HSO4-
HSO3F+ H2SO4→H3SO4++SO3F-（氟磺酸酸性更強(qiáng)）
上述與HNO3的反應(yīng)所產(chǎn)生的NO2+，有助于芳香烴的硝化反應(yīng)。

雖然硫酸并不是易燃，但當(dāng)與金屬發(fā)生反應(yīng)后會(huì)釋出易燃的氫氣，有機(jī)會(huì)導(dǎo)致，而作為強(qiáng)氧化劑的與金屬進(jìn)行氧化還原反應(yīng)時(shí)會(huì)釋出有的二氧化硫，威脅工作人員的健康。 另外，長時(shí)間暴露在帶有硫酸成分的浮質(zhì)中（特別是高濃度），會(huì)使呼吸管道受到嚴(yán)重的，更可導(dǎo)致肺水腫。但風(fēng)險(xiǎn)會(huì)因暴露時(shí)間的縮短而減少。在美國，硫酸的多可接觸分量(PEL)被定為 1 mg/m³，此數(shù)字在其他相若。誤服硫酸有機(jī)會(huì)導(dǎo)致缺乏癥，其中，脊椎是易受影響的部位。