乳糖為D-葡萄糖與D-半乳糖以β-1,4鍵結合的二糖，又稱為1,4-半乳糖苷葡萄糖，屬還原糖。 從水溶液中結晶時帶有一分子結晶水。
白色晶體或結晶粉末，甜度約為蔗糖的70%，比重1.525（20℃），在120℃失去結晶水。無水物熔點222.8℃，可溶于水，微溶于乙醇，溶于乙醚和氯仿。有還原性和右旋光性。可水解成等分子的葡萄糖和半乳糖。
α-乳糖及β-乳糖在水中的溶解度也隨溫度而異。α-乳糖溶解于水中時逐漸變成β-型。因為β-型乳糖較α-型乳糖易溶于水，所以乳糖最初溶解度并不穩定，而是逐漸增加，直至α-型與β-型平衡為止。甜煉乳中的乳糖大部分呈結晶狀態，結晶的大小直接影響煉乳的口感，而結晶的大小可根據乳糖的溶解度與溫度的關系加以控制.
快速干燥乳糖溶液（如用噴霧干燥方法）所形成的乳糖結晶是無定型的玻璃態乳糖。一般乳糖溶液中的α-乳糖和β-乳糖呈平衡狀態存在，無定形玻璃態乳糖中保持了原來乳糖溶液中的α/β的比率。乳粉中乳糖的晶態就是無定形乳糖，當其吸收水分達8%時就結晶成為α-乳糖。