物理性质

外观为白色晶状体或白色透明细粉，略有特殊腥味。极易溶于水、乙醇、甲醇，微溶于丙酮，不溶于乙醚、苯、三氯甲烷、乙酸乙酯  。极易吸潮，暴露在空气中会潮解甚至可能液化。可在pH值3～6的溶液中放置1年以上，能耐200℃以上的高温，它的组合键和结合团具有较好的溶水性和吸水性。

比旋光度：-30±1°（浓度：1.0 g/100 mL；溶剂：水；光的波长：589.3 nm；温度：23℃）

燃烧热（KJ/mol）：39.8

油水（辛醇/水）分配系数的对数值：4.47

化学性质

左旋肉碱属于两性离子，当pH为中性时，左旋肉碱以内酯的形式存在，稳定性较好 。与普通的氨基酸不同，左旋肉碱不带胺基，而是携带一个带正电季铵基团，不受pH条件影响，而且螯合过程不仅可以发生在其羧基上形成四元环，还能发生在羟基和羧基上形成六元环，因此它可以与许多金属离子形成多种稳定的螯合物，例如铜、锌、锰镁、钙等，可能的结构如下图所示，实际使用时，由于左旋肉碱的吸湿性强，在室温下容易结块，通常会制备成利用该原理，将左旋肉碱制备成为非吸湿性的盐，例如L-肉碱酒石酸 、L-肉碱富马酸酯  和乙酰L-肉碱半乳糖酸酯的钙、镁盐，现也有研究合成为L-肉碱乳清酸盐 等，方便储存运输以及包装使用。