離子液體的性質(zhì)本質(zhì)上由其陰陽離子的化學結(jié)構(gòu)和相互作用決定，因此探索離子結(jié)構(gòu)和離子間相互作用是理解離子液體各種物理化學特性的基礎(chǔ)。圖1給出了一些典型離子液體中陽離子和陰離子的化學式結(jié)構(gòu)。通常，離子液體的陽離子是一些較大的有機離子（圖1a~c），陰離子是較小且具有較好對稱結(jié)構(gòu)的有機/無機離子（圖1d）。離子液體一般按陽離子組成分為三類:非質(zhì)子型（圖1a）、質(zhì)子型（圖1b）和含金屬型（圖1c）。離子液體中的陰陽離子之間可以通過庫侖力、偶極力、ππ作用、氫鍵、范德華力、空間位阻等相互作用，處于其他溶劑（如水）中的離子液體還可能受到疏水作用、溶劑化作用的影響。這些相互作用共同決定了離子液體獨特的物理化學和電化學特性。

離子液體的液相溫度范圍由其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度或熔點及熱降解溫度限定，依賴于陰陽離子尺寸、離子上碳鏈柔韌性及電荷分布等微觀化學結(jié)構(gòu)。離子液體的實際應用常常受到其高黏度導致的低傳質(zhì)效率的限制。陰陽離子間的庫侖力和范德華力，以及離子的質(zhì)量和形狀都影響離子液體的黏度。一般而言，使用較大的陰陽離子、更長的烷基鏈或降低離子的帶電量可以降低離子流過彼此的活化能，因而有效地降低離子液體的黏度。處于界面的離子液體也是眾多實際應用中涉及的重要基本結(jié)構(gòu)，如氣體吸收中的氣-液界面、萃取中的液-液界面和電化學中的固-液界面，實驗測量表明，大多數(shù)離子液體的表面張力小于水的表面張力，且隨著溫度的升高和陽離子烷基鏈的增長而降低。