Azelainsyre er en ligekædet- alifatisk dicarboxylsyre med molekylformlen C₉H₁₆O4 og en relativ molekylvægt på 188,22. Dens strukturformel er HOOC–(CH₂)7–COOH; molekylet har en carboxylgruppe i hver ende, forbundet med en central kæde af syv methylengrupper. På grund af sin relativt regelmæssige molekylære struktur udviser azelainsyre de typiske karakteristika for langkædede dicarboxylsyrer og eksisterer generelt som et fast stof ved stuetemperatur. De to carboxylgrupper er de primære aktive steder i molekylet og er hovedårsagen til, at azelainsyre kan deltage i en lang række kemiske reaktioner.
Med hensyn til molekylær sammensætning indeholder azelainsyre ni carbonatomer, seksten hydrogenatomer og fire oxygenatomer; to oxygenatomer er placeret i carboxylfunktionernes carbonylgrupper, mens de to andre er en del af hydroxylgrupperne. Carboxylgrupper er meget polære, i stand til at danne hydrogenbindinger med andre polære grupper og gennemgår reaktioner såsom syre-baseneutralisering og esterificering. De syv methylengrupper i midten af molekylet har lav polaritet, hvilket giver en grad af hydrofobicitet til molekylet som helhed. Sameksistensen af carboxylgrupper og en lang carbonkæde resulterer i unikke opløseligheds- og reaktivitetskarakteristika.
Den molekylære struktur af azelainsyre påvirker dens anvendelse i materialer betydeligt. Fordi det har carboxylgrupper i begge ender, kan det gennemgå polykondensation med dioler for at danne polyestere eller deltage i esterificeringsreaktioner med andre hydroxyl-holdige forbindelser for at producere forskellige typer azelatestere. Inkorporering af azelainsyre i en polymerstruktur introducerer en lang central methylenkæde, der forbedrer molekylær kædefleksibilitet, hvilket muliggør justering af materialets hårdhed, fleksibilitet og ydeevne ved lav-temperatur baseret på formuleringskrav. Disse strukturelle egenskaber muliggør brugen af azelainsyre som et dicarboxylsyreråmateriale i produktionen af polymermaterialer såsom polyestere og polyurethaner.
De strukturelle karakteristika af azelainsyre er primært defineret af to træk: carboxylgrupperne i begge ender og den lange carbonkæde i midten. Carboxylgrupperne bestemmer dens høje reaktivitet, mens den lange carbonkæde påvirker molekylær fleksibilitet, hydrofobicitet og de resulterende materialeegenskaber. I praktiske applikationer kan de forskellige roller af disse to strukturelle komponenter udnyttes til at justere den molekylære struktur og egenskaber af det endelige materiale ved at justere doseringen af azelainsyre og dens kombination med andre monomerer. Følgelig tjener azelainsyre ikke kun som et grundlæggende kemisk råmateriale, men også som en strukturel modifikator i syntesen af polymermaterialer.