Công thức hóa học của axit nitric là NHO3. Phân tử có một nguyên tử nitơ trung tâm được liên kết theo hình tam giác với ba nguyên tử oxy.
Một trong những nguyên tử oxy có liên kết đơn với nguyên tử nitơ, một nguyên tử có liên kết đôi và một nguyên tử liên kết đơn với nitơ bằng một liên kết bổ sung với một nguyên tử hydro. Tất cả các nguyên tử nằm trên cùng một mặt phẳng. Axit nitric có cực, vì nguyên tử nitơ trung tâm tích điện dương, trong khi nguyên tử ôxy đơn liên kết duy nhất mang điện âm. Điều này làm cho axit nitric hòa tan trong nước. Tuy nhiên, axit nitric cũng phản ứng với nước để tạo ra nhiệt.
