Głównym składnikiem wełny jest keratyna, która składa się z różnych reszt α-aminokwasów, które można łączyć w cząsteczki o długim łańcuchu w kształcie spirali, które zawierają grupy karboksylowe, grupy aminowe i grupy hydroksylowe, tworząc wiązania solne między cząsteczkami. i wiązania wodorowe itp. Długie łańcuchy są połączone wiązaniami krzyżowymi utworzonymi przez wiązania dwusiarczkowe cystyn. Powyższa struktura chemiczna określa właściwości wełny. Na przykład, gdy długi łańcuch makrocząsteczek włókna wełny jest rozciągany siłą zewnętrzną, przechodzi on z kształtu spiralnego typu α do typu wydłużonego typu β, a następnie powraca do typu α po usunięciu siły zewnętrznej, wówczas jego wygląd polega na odkształceniu wydłużeniowym i sprężystości wełny. Silniejsza higroskopijność wełny związana jest z niektórymi grupami na długim łańcuchu. Wełna jest bardziej odporna na kwasy niż zasady, ponieważ zasady są podatne na grupy dwusiarczkowe w cystynie wełny, co uszkadza wełnę. Utleniacze mogą również uszkodzić wełnę, niszcząc grupy dwusiarczkowe.
Właściwości fizyczne wełny obejmują głównie rozdrobnienie, długość, zginanie, wytrzymałość i wydłużenie, elastyczność, filcowanie, higroskopijność, kolor i połysk. Próba jest ważną cechą procesu określającą jakość i wartość użytkową włókna wełnianego, która wyraża się średnicą włókna w mikronach lub wskaźnikiem jakości; im mniejsze rozdrobnienie, tym większa liczba i drobniejsza przędza wełniana.
Długość obejmuje długość naturalną i długość prostą, pierwsza odnosi się do odległości w linii prostej pomiędzy końcami pęczka, a druga to długość mierzona poprzez prostowanie włókien. Wydłużenie włosów cienkich wynosi ponad 20%, a włosów półcienkich wynosi około 10 do 20%. Przy tym samym rozdrobnieniu im dłuższa wełna, tym wyższa wydajność przędzenia i lepsza jakość gotowego produktu. Gięcie jest powszechnie stosowane jako podstawa oceny jakości wełny. Wełna o schludnym i spójnym kształcie jest przędziona na przędze i wyroby miękkie w dotyku, charakteryzujące się dobrą elastycznością i ciepłem. Cienkie włosy mają wiele zagięć i dużą gęstość, a grube włosy są faliste lub płaskie, bez zagięć. Wytrzymałość i wydłużenie mają bezpośredni wpływ na trwałość gotowego produktu. Wytrzymałość odnosi się do naprężenia wełny przy zerwaniu; wydłużenie odnosi się do wzrostu długości w wyniku siły zrywającej. Wytrzymałość na rozerwanie różnych rodzajów wełny jest bardzo zróżnicowana.
Delikatność tego samego rodzaju włosów jest proporcjonalna do ich wytrzymałości, a im grubszy włos, tym większa jest jego siła. Im bardziej rozwinięty rdzeń z włoskami szpikowymi, tym gorsza jest jego odporność na złamania. Wydłużenie wełny wynosi na ogół od 20 do 50%. Elastyczność pozwala produktowi zachować swoją pierwotną formę i jest nieodzowną cechą wełny na dywany i koce. Właściwości filcowe i higroskopijne wełny są na ogół lepsze. Połysk jest często powiązany ze stanem pokrycia zgorzeliny na powierzchni włókna. Cienkie włosy mają słabą zdolność odbijania światła, a połysk jest bardziej miękki; połysk grubych włosów jest mocny i błyszczący. Słaby połysk jest często spowodowany uszkodzeniem łuszczącej się warstwy.