天然的葡萄糖，無論是遊離的或是結合的，均屬D構型，在水溶液中主要以吡喃式構形含氧環存在，為α和β兩種構型的衡態混合物。
在常溫條件下，可以α-D-葡萄糖的水合物(含1個水分子)形式從過飽和的水溶液中析出晶體，熔點為80℃;而在50~115℃之間析出的晶體則為無水α-D-葡萄糖，熔點146℃。115℃以上析出的穩定形式則為β-D-葡萄糖，熔點為148~150℃。呋喃環形式的葡萄糖僅以結合狀態存在於少數天然化合物中。
D- 葡萄糖具有一般醛糖的化學性質:在氧化劑作用下，生成葡萄糖酸，葡萄糖二酸或葡萄糖醛酸;在還原劑作用下，生成山梨醇;在弱鹼作用下，葡萄糖可與另兩種結構相近的六碳糖──果糖和甘露糖──三者之間通過烯醇式相互轉化。葡萄糖還可與苯肼結合，生成葡萄糖脎，後者在結晶形狀和熔點方面都與其他糖脎不同，可作為鑑定葡萄糖的手段。
大多數生物具有酶系統可分解D-葡萄糖以取得能量的能力。在活細胞中，例如哺乳動物的肌肉細胞或單細胞的酵母細胞中，葡萄糖先後經過不需氧的糖酵解途徑、需氧的三羧酸循環以及生物氧化過程生成二氧化碳和水，釋放出較多的能量,以ATP(三磷酸腺苷)形式貯存起來，供生長、運動等生命活動之需。在無氧的情況下，葡萄糖僅僅被分解生成乳酸或乙醇,釋放出的能量少得多，釀酒是無氧分解的過程。工業上，用酸或酶水解澱粉製得的葡萄糖可用做食品、制酒、製藥等工業生產的原料。
