離子液體的性質(zhì)本質(zhì)上由其陰陽(yáng)離子的化學(xué)結(jié)構(gòu)和相互作用決定，因此探索離子結(jié)構(gòu)和離子間相互作用是理解離子液體各種物理化學(xué)特性的基礎(chǔ)。圖1給出了一些典型離子液體中陽(yáng)離子和陰離子的化學(xué)式結(jié)構(gòu)。通常，離子液體的陽(yáng)離子是一些較大的有機(jī)離子（圖1a~c），陰離子是較小且具有較好對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)的有機(jī)/無(wú)機(jī)離子（圖1d）。離子液體一般按陽(yáng)離子組成分為三類(lèi):非質(zhì)子型（圖1a）、質(zhì)子型（圖1b）和含金屬型（圖1c）。離子液體中的陰陽(yáng)離子之間可以通過(guò)庫(kù)侖力、偶極力、ππ作用、氫鍵、范德華力、空間位阻等相互作用，處于其他溶劑（如水）中的離子液體還可能受到疏水作用、溶劑化作用的影響。這些相互作用共同決定了離子液體獨(dú)特的物理化學(xué)和電化學(xué)特性。

離子液體的液相溫度范圍由其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度或熔點(diǎn)及熱降解溫度限定，依賴于陰陽(yáng)離子尺寸、離子上碳鏈柔韌性及電荷分布等微觀化學(xué)結(jié)構(gòu)。離子液體的實(shí)際應(yīng)用常常受到其高黏度導(dǎo)致的低傳質(zhì)效率的限制。陰陽(yáng)離子間的庫(kù)侖力和范德華力，以及離子的質(zhì)量和形狀都影響離子液體的黏度。一般而言，使用較大的陰陽(yáng)離子、更長(zhǎng)的烷基鏈或降低離子的帶電量可以降低離子流過(guò)彼此的活化能，因而有效地降低離子液體的黏度。處于界面的離子液體也是眾多實(shí)際應(yīng)用中涉及的重要基本結(jié)構(gòu)，如氣體吸收中的氣-液界面、萃取中的液-液界面和電化學(xué)中的固-液界面，實(shí)驗(yàn)測(cè)量表明，大多數(shù)離子液體的表面張力小于水的表面張力，且隨著溫度的升高和陽(yáng)離子烷基鏈的增長(zhǎng)而降低。