Azelaik asit, C₉H₁₆O₄ moleküler formülüne ve 188.22 bağıl moleküler kütlesine sahip düz zincirli bir alifatik dikarboksilik asittir. Yapısal formülü HOOC–(CH₂)₇–COOH'dur; molekülün her iki ucunda yedi metilen grubundan oluşan merkezi bir zincirle bağlanan bir karboksil grubu bulunur. Nispeten düzenli moleküler yapısı nedeniyle azelaik asit, uzun zincirli dikarboksilik asitlerin tipik özelliklerini gösterir ve genellikle oda sıcaklığında katı halde bulunur. İki karboksil grubu, molekül içindeki birincil aktif bölgelerdir ve azelaik asidin çok çeşitli kimyasal reaksiyonlara katılabilmesinin ana nedenidir.
Moleküler bileşim açısından azelaik asit dokuz karbon atomu, on altı hidrojen atomu ve dört oksijen atomu içerir; iki oksijen atomu karboksil fonksiyonlarının karbonil gruplarında bulunurken diğer ikisi hidroksil gruplarının bir parçasıdır. Karboksil grupları oldukça polardır, diğer polar gruplarla hidrojen bağları oluşturabilir ve asit-baz nötralizasyonu ve esterifikasyon gibi reaksiyonlara girebilir. Molekülün merkezindeki yedi metilen grubu düşük polariteye sahiptir ve moleküle bir bütün olarak hidrofobiklik derecesi kazandırır. Karboksil gruplarının ve uzun bir karbon zincirinin bir arada bulunması benzersiz çözünürlük ve reaktivite özellikleriyle sonuçlanır.
Azelaik asidin moleküler yapısı onun malzemelerdeki uygulamasını önemli ölçüde etkiler. Her iki ucunda da karboksil gruplarına sahip olduğundan, poliesterler oluşturmak için diollerle polikondensasyona girebilir veya çeşitli azelat ester türleri üretmek için diğer hidroksil içeren bileşiklerle esterifikasyon reaksiyonlarına katılabilir. Azelaik asidin bir polimer yapısına dahil edilmesi, moleküler zincir esnekliğini artıran, formülasyon gerekliliklerine göre malzeme sertliğinin, esnekliğinin ve düşük sıcaklık performansının ayarlanmasına olanak tanıyan uzun bir merkezi metilen zinciri sağlar. Bu yapısal özellikler, azelaik asidin, polyester ve poliüretan gibi polimer malzemelerin üretiminde dikarboksilik asit hammaddesi olarak kullanılmasına olanak sağlar.
Azelaik asidin yapısal özellikleri öncelikle iki özellikle tanımlanır: her iki uçtaki karboksil grupları ve ortadaki uzun karbon zinciri. Karboksil grupları yüksek reaktivitesini belirlerken, uzun karbon zinciri moleküler esnekliği, hidrofobikliği ve sonuçta ortaya çıkan malzeme özelliklerini etkiler. Pratik uygulamalarda, bu iki yapısal bileşenin farklı rolleri, azelaik asitin dozajını ve diğer monomerlerle kombinasyonunu ayarlayarak nihai malzemenin moleküler yapısını ve özelliklerini ayarlamak için kullanılabilir. Sonuç olarak azelaik asit, yalnızca temel bir kimyasal hammadde olarak değil aynı zamanda polimer malzemelerin sentezinde yapısal bir değiştirici olarak da hizmet eder.