Het tetracyclinemolecuul bestaat uit vier verbonden koolstofringen (de hydronaftaceenkern), waaronder één benzeenring. De basisformule van tetracycline is C22H24N2O8. De verschillen tussen de verschillende soorten tetracyxlinen bestaan uit de aanhechting van H, OH, CHn, Cl of N(CH3)2 groepen. Door aanhechting van deze groepen zijn tetracyclinen meer vetminnend (lipofiel), en daarmee meer biologisch actief geworden, dan de oorspronkelijke tetracycline.

Tetracyclinen zijn relatief stabiel in een zure omgeving (tot een pH onder 2), maar niet in een basische omgeving en ze vormen zouten in beide media 1).
Met ijzer- (Fe⁺), calcium- (Ca²⁺), magnesium- (Mg²⁺) en aluminiumionen (Al³⁺) vormen ze grote, vrijwel niet chemisch reagerende (inerte), complexen, waardoor ze niet meer door de darm worden opgenomen2). Verder binden ze zich zeer goed aan eiwitten 3).

Tetracyclinen hechten zich niet goed aan slib. Ook hopen ze zich niet op in organismen 4). De wateroplosbaarheid van chlortetracycline, oxytetracycline en tetracycline is laag 5), maar door de vorming van hydrochloriden en natriumzouten kunnen ze wel in water oplossen 6).
Tetracyclinen zijn goed oplosbaar in zuren (ze kunnen H⁺ opnemen) 7).
Ze absorberen licht heel goed, waardoor ze gevoelig zijn voor UV-straling (fotodegradatie) 8).

 
1) Halling-Sørensen et al 2002b in 9).
2) o.a. Brody, TM, J Larner, KP Minneman, 1998, Human Pharmacology, Mosby Missouri
3) Oka et al 2000 in 9).
4) De octanol-water verdelingscoëfficient (Log K_ow) van tetracyclinen ligt tussen de 1,3 en 0,05.
5) Volgens diverse bronnen in 9) ligt de wateroplosbaarheid tussen de 230 mg/L en 52 g/L.
6) Brody, TM, J Larner, KP Minneman, 1998, Human Pharmacology, Mosby Missouri
7) Ciancio, G en PC Bourgault, 1989, Clinical Pharmacology for dental professionals, Year Book Medical Publishers Inc. Chicago.
8) Mitscher 1978 in 9)
9) Thiele-Bruhn S, 2003, Pharmaceutical antibiotic compounds in soils- a review, J. Plant Nutr. Soil Sci. 166, 145-167.