HIV是一种反转录病毒，其遗传物质是RNA，含有9749个核苷酸。病毒粒子含有核心蛋白和被膜蛋白两部分。核心蛋白包裹着RNA和反转录酶。被膜蛋白像刺一样突出于膜表面，由gp120和gp41两种糖蛋白组成，gp120位于表面，gp41则像茎一样嵌入膜中。HIV的基因组十分复杂，并含有调节基因。这是它与已发现的动物反转录病毒的最大差异。调节基因使病毒的生长受控，因而它可以繁殖数年而不杀死宿主细胞，从感染到发病的潜伏期也因之较长。HIV被膜蛋白基因的自然突变率很高，所产生的变异株能使病毒逃避针对该蛋白的免疫反应。
HIV感染始于病毒被膜上的gp120与靶细胞膜上的CD4糖蛋白受体结合；结合后，gp120改变形状，将隐藏在其下面的疏水gp41暴露出来，让病毒膜与邻近的细胞膜融合在一起，使病毒的RNA得以随反转录酶一起侵入细胞。这是HIV从受感染细胞传递到未受感染细胞的重要方式。T4淋巴细胞含CD4特别多，所以是HIV感染的第一个靶子。
