纯硫酸一般为无色油状液体，密度1.84 g/cm³，沸点337℃，能与水以任意比例互溶，同时放出大量的热，使水沸腾。加热到290℃时开始释放出三氧化硫，最终变成为98.54%的水溶液，在317℃时沸腾而成为共沸混合物。硫酸的沸点及粘度较高，是因为其分子内部的氢键较强的缘故。由于硫酸的介电常数较高，因此它是电解质的良好溶剂，而作为非电解质的溶剂则不太理想。硫酸的熔点是10.371℃，加水或加三氧化硫均会使凝固点下降。
浓度的差异尽管可以制出浓纯净的硫酸，并且室温下是无限稳定的(所谓的分解成恒沸物的反应发生在接近沸点的高温之下)，但是纯硫酸凝固点过高(283.4k)，所以为了方便运输通常制成98%硫酸，故一般所说的"高浓度硫酸"指的便是浓度为98%的硫酸。另外，硫酸在不同的浓度下有不同的应用，以下为一些常见的浓度级别:
h₂so₄比重
相应密度(kg/l)
浓度(mol/l)
俗称
10%
1.07
~1
稀硫酸
29~32%
1.25~1.28
4.2~5
酸
62~70%
1.52~1.60
9.6~11.5
室酸、肥料酸
98%
1.83
~18
浓硫酸
硫酸亦可被制成其他形态。例如，将高浓度的so3通入硫酸可制成发烟硫酸(h2s2o7)。有关发烟硫酸的浓度，人们通常以so3的百分比作准或者是h2so4的百分比作准，两者均可。一般所称的"发烟硫酸"的浓度为45%(含109%h2so4)或65%(含114.6% h2so4)。100%纯发烟硫酸为固体，熔点为36℃。
极性与导电性纯硫酸是一种极性非常大的液体，其介电系数大约为100。因为它分子与分子之间能够互相质子化对方，造成它极高的导电性，这个过程被称为质子自迁移。发生的过程是:
2h2so4====h3so4+ hso4
化学性质腐蚀性纯硫酸加热至290℃分解放出部分三氧化硫，直至酸的浓度降到98.3%为止，这时硫酸为恒沸溶液，沸点为338°c。无水硫酸体现酸性是给出质子的能力，纯硫酸仍然具有很强的酸性，98%硫酸与纯硫酸的酸性基本上没有差别，而溶解的发烟硫酸是一种超酸体系，酸性强于纯硫酸，但是广泛存在一种误区，即稀硫酸的酸性强于浓硫酸，这种想法是错误的。的确，稀硫酸第一步完全，产生大量的h3o;但是浓硫酸和水一样，自身自偶电离会产生一部分硫酸合氢离子h3so4，正是这一部分硫酸合质子，导致纯硫酸具有非常强的酸性，虽然少，但是酸性却要比水合质子强得多，所以纯硫酸的高达-12.0。
在硫酸溶剂体系中，h3so4经常起酸的作用，能质子化很多物质产生离子型化合物:
nacl+ h2so4==nahso4+hcl(不加热都能很快反应)
kno3+ h2so4→k+hso4+hno3
hno3+ h2so4→no2+h3o+2hso4
ch3cooh+ h2so4→ch3c(oh)2+hso4
hso3f+ h2so4→h3so4+so3f(氟磺酸酸性更强)
上述与hno3的反应所产生的no2，有助于芳香烃的硝化反应。
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