H₂O₂ 分子具有如图4所示的“二面型”结构，其正负电荷中心不能重合，所以属于极性分子，在H₂O₂ 分子中，因O－O键无极性，其电子对不偏向任何一方，所以氧元素的氧化数(化合价)为－1， 这个介于氧元素稳定氧化数－2和单质0价之间的氧化数，决定了H₂O₂ 既具有氧化性，又具有还原性的双重性质特征。如：

使酸性KMnO₄溶液褪色：2MnO₄^－＋5H₂O₂＋6H^＋＝ 2Mn^2＋＋5O₂↑＋8H₂O(显还原性)；

使酸性KI溶液显棕黄色：2I^－＋H₂O₂＋2H^＋＝I₂＋2H₂O(显氧化性)

自身分解：2H₂O₂2H₂O＋O₂↑(同时显氧化性和还原性)

从微观结构看，H₂O₂分子结构不稳定的原因，主要是2个电负性都很大的氧原子相互“争夺”中间的电子对，导致“内部紧张”，遇到“外力介入”则发生相应的变化，换句话说，H₂O₂中2个氧原子间通过共用电子对结合在一起只是“权宜之计”，一旦外界条件具备，还是要“各奔东西”。

另外，2个－OH基团连接在一起，彼此对对方具有一定吸电子诱导效应的影响，可以使对方的O－H键极性略有增强(与 H₂O中的O－H键相比)，故而H₂O₂具有微弱的酸性—比H₂O稍稍容易电离出H^＋。

值得一提的是，很多化合物中也存在－O－O－这样的结构，称为“过氧链”，含有过氧链结构的化合物都具有和H₂O₂相似的化学性质—不稳定、既具有氧化性又具有还原性。如过氧乙酸CH₃COOOH、过二硫酸钠Na₂S₂O₈等，生产、生活、科学实验中常常利用这些物质的氧化性。