从化学上讲,胡萝卜素是每分子包含40个碳原子,可变数量的氢原子且没有其他元素的多不饱和烃。一些胡萝卜素在分子的一个或两个末端被烃环终止。由于共轭双键的广泛体系,所有这些都对人的眼睛着色。结构上的胡萝卜素是四萜,这意味着它们是由四个10碳萜烯单元生化合成的,而四个10碳萜烯单元又由八个5碳异戊二烯单元形成。
胡萝卜素以两种主要形式存在于植物中,这些形式由希腊字母中的字符表示:α-胡萝卜素和β-胡萝卜素。的γ-、δ- 、epsilon-和ζ电胡萝卜素(γ,δ,ε,ζ和胡萝卜素)也存在。由于胡萝卜素是碳氢化合物,因此不含氧,因此胡萝卜素可脂溶且不溶于水(与其他类胡萝卜素(叶黄素)相反,叶黄素含有氧,因此化学疏水性较小)。