氯霉素的化学结构含有对硝基、苯基、丙二醇与二氯乙酰胺3个部分，分子中还含有氯。其抗菌活性主要与二氯乙酰胺有关。分子中有手性碳原子，具旋光性；其理化性质如下：性质稳定，耐热，在干燥环境下保持抗菌活性5年以上，其硝基能被锌和盐酸还原为氨基化合物，能被锌和氯化钙还原为羟胺化合物因为分子内没有伯氨基，不与茚三酮试液产生紫红色反应。