蔗糖是一个葡萄糖分子和通过糖苷键连接果糖分子组成的双糖。结构：α-D-吡喃葡糖基 - （1→2）-β-D-呋喃果糖苷。葡萄糖是α-苷键果糖是β-苷键。葡萄糖具有六元吡喃环状结构，果糖是呋喃环状结构。属于非还原性糖，而麦芽糖、乳糖之所以具有还原性，是因为其具有半缩醛羟基。蔗糖不存在变旋现象，且无无差向异构反应。
对于蔗糖分解式可以用一个二步反应表示：第一个是脱水成纯碳和水，然后碳从空气中的氧，氧化成二氧化碳。
C12H22O11 + 热 → 12C + 11H2O
12C + 12O2 → 12CO2
蔗糖不会在高温下熔化。相反在186°C时它降解形式焦糖。就像其它碳水化合物它燃烧后形成二氧化碳和水。
混合蔗糖与氧化剂硝酸钾产生的燃料被誉为火箭糖果，被用于推动业余火箭发动机。
C12H22O11 + 6 KNO3 → 9 CO + 3 N2 + 11 H2O + 3 K2CO3
蔗糖与氯酸通过反应形成盐酸。
8 HClO3 + C12H22O11 → 11 H2O + 12 CO2 + 8 HCl
蔗糖可与硫酸脱水以形成黑色富碳的固体。
H2SO4 (催化剂) + C12H22O11 → 12 C + 11 H2O + 热 (和一些 H2O + SO3 ).
水解
水解断裂糖苷键转换蔗糖成葡萄糖和果糖。然而水解如此之慢，蔗糖的溶液可经过多年固可忽略不计其变化。如果加入蔗糖酶反应会迅速进行。水解也可与酸加速进行。如塔塔粉或柠檬汁这两种弱酸。同样的胃液酸度转换蔗糖为葡萄糖和果糖是因消化时缩醛键可被酸打破。
蔗糖的合成与生物合成
蔗糖的生物合成通过前体UDP-葡萄糖和果糖-6-磷酸，由蔗糖-6-磷酸合酶催化。用于该反应的能量是由尿苷二磷酸(UDP)的裂解所获得。蔗糖是由植物和蓝藻形成而不是由其它生物体形成。蔗糖伴随着单糖果糖在许多食用植物中天然存在。在许多水果，如菠萝和杏，蔗糖是主要的糖。在其他情况如葡萄，梨，果糖是主要的糖。
化学合成
尽管蔗糖几乎总是由天然来源中分离出来，其化学合成最早在1953年由加拿大有机化学家雷蒙德勒米厄完成。