Asam azelaic adalah asam dikarboksilat alifatik rantai lurus dengan rumus molekul C₉H₁₆O₄ dan massa molekul relatif 188,22. Rumus strukturnya adalah HOOC–(CH₂)₇–COOH; molekul ini memiliki gugus karboksil di setiap ujungnya, dihubungkan oleh rantai pusat tujuh gugus metilen. Karena struktur molekulnya yang relatif teratur, asam azelaic menunjukkan karakteristik khas asam dikarboksilat rantai panjang dan umumnya berbentuk padat pada suhu kamar. Kedua gugus karboksil adalah situs aktif utama dalam molekul dan merupakan alasan utama asam azelaic dapat berpartisipasi dalam berbagai reaksi kimia.
Dari segi komposisi molekul, asam azelaic mengandung sembilan atom karbon, enam belas atom hidrogen, dan empat atom oksigen; dua atom oksigen terletak pada gugus karbonil fungsi karboksil, sedangkan dua lainnya merupakan bagian dari gugus hidroksil. Gugus karboksil sangat polar, mampu membentuk ikatan hidrogen dengan gugus polar lainnya dan mengalami reaksi seperti netralisasi asam-basa dan esterifikasi. Tujuh gugus metilen di tengah molekul memiliki polaritas rendah, sehingga memberikan tingkat hidrofobisitas pada molekul secara keseluruhan. Koeksistensi gugus karboksil dan rantai karbon yang panjang menghasilkan karakteristik kelarutan dan reaktivitas yang unik.
Struktur molekul asam azelaic secara signifikan mempengaruhi penerapannya pada material. Karena memiliki gugus karboksil di kedua ujungnya, ia dapat mengalami polikondensasi dengan diol untuk membentuk poliester atau berpartisipasi dalam reaksi esterifikasi dengan senyawa yang mengandung hidroksil-lainnya untuk menghasilkan berbagai jenis ester azelat. Memasukkan asam azelaic ke dalam struktur polimer memperkenalkan rantai metilen sentral panjang yang meningkatkan fleksibilitas rantai molekul, memungkinkan penyesuaian kekerasan material, fleksibilitas, dan kinerja suhu rendah-berdasarkan persyaratan formulasi. Fitur struktural ini memungkinkan penggunaan asam azelaic sebagai bahan baku asam dikarboksilat dalam produksi bahan polimer seperti poliester dan poliuretan.
Karakteristik struktural asam azelaic terutama ditentukan oleh dua ciri: gugus karboksil di kedua ujungnya dan rantai karbon panjang di tengah. Gugus karboksil menentukan reaktivitasnya yang tinggi, sedangkan rantai karbon yang panjang mempengaruhi fleksibilitas molekul, hidrofobisitas, dan sifat material yang dihasilkan. Dalam aplikasi praktis, peran berbeda dari kedua komponen struktural ini dapat dimanfaatkan untuk menyesuaikan struktur molekul dan sifat bahan akhir dengan menyesuaikan dosis asam azelaic dan kombinasinya dengan monomer lain. Akibatnya, asam azelaic tidak hanya berfungsi sebagai bahan baku kimia dasar tetapi juga sebagai pengubah struktural dalam sintesis bahan polimer.