三氧化硫的相对分子质量是80.06，三氧化硫是强的氧化剂，只能在高温时氧化硫、磷、铁、锌以及溴化物、碘化物等。SO₃在标况（1atm，0℃)下为固态，在常温常压下为液态。三氧化硫是非极性分子。它的气体形式是一种严重的污染物，是形成酸雨的主要来源之一。
SO3中，S元素采取sp²杂化，在竖直方向（就是没形成杂化轨道剩下的p轨道）上的p轨道中有一对电子，在形成的杂化轨道中有一对成对电子和2个成单电子，有2个氧原子分别与其形成σ键，2个氧原子竖直方向上p轨道各有1个电子，一个氧原子与杂化轨道的孤对电子形成配位键，其竖直方向上有2个电子，这样，在4个原子的竖直方向的电子共同形成一套四中心六电子大π键，这套大π键是离域的键。
在实验室中常用浓硫酸与五氧化二磷共热制取三氧化硫，其中会产生磷酸。在反应中生成的三氧化硫需要用冰水混合物冷却，尾气用浓硫酸（85%）吸收。
