壳聚糖呈现双螺旋结构特征，螺距为0.515 nm，6个糖残基组成一个螺旋平面。甲壳素和壳聚糖的氨基、羟基、N-乙酰氨基形成的氢键，形成了甲壳素和壳聚糖大分子的二级结构。壳聚糖的氨基葡萄糖残基的椅式结构中有2种分子内氢键，一种壳聚糖分子间氢键是C3-OH与相邻的另一条壳聚糖分子链上的糖苷基形成的，另一种分子间氢键是氨基葡萄糖残基的C3-OH与相邻壳聚糖呋喃环上的氧原子形成的。甲壳素和壳聚糖的C3-OH、C2-NH2、C6-OH等官能团均可形成分子内和分子间氢键。 

壳聚糖分子的基本单元是带有氨基的葡萄糖，分子内同时含有氨基、乙酰氨基和羟基，故性质比较活泼，可进行修饰、活化和偶联。壳聚糖分子链上的氨基、羟基、N-乙酰氨基等会参与分子内和分子间氢键的形成，壳聚糖具有膨润、扩散、吸附、保水、难以被人体消化吸收等长链糖分子特性，同时壳聚糖分子因为分子具有规整性在氢键作用下容易形成结晶区，这对材料的性能有很大的影响。