羊毛的主要成分为角蛋白,它由多种α-氨基酸剩基构成,后者可联结成呈螺旋形的长链分子,其上含有羧基、胺基和羟基等，在分子间形成盐式键和氢键等。长链之间由胱氨酸的二硫键形成的交键相联结。上述化学结构决定羊毛的特性。如毛纤维大分子长链受外力拉伸时由α型螺旋形过渡到β型伸展型，外力解除后又恢复到α型，则其外观表现为羊毛的伸长变形和回弹性优良。羊毛较强的吸湿能力与长链上的一些基团有关。羊毛较耐酸而不耐碱，是由于碱容易羊毛胱氨酸中的二硫基，使毛质受损。氧化剂也可破坏二硫基而损害羊毛。
羊毛的物理性质指标主要有细度、长度、弯曲、强伸度、弹性、毡合性、吸湿性、颜色和光泽等。细度是确定毛纤维品质和使用价值的重要工艺特性，用纤维的直径微米或品质支数表示；细度越小,支数越高,纺出的毛纱越细。
长度包括自然长度和伸直长度，前者是指毛束两端的直线距离，后者是将纤维拉直测得的长度。细毛的延伸率在20％以上，半细毛为10～20％左右。在细度相同的情况下，羊毛愈长，纺纱性能愈高，成品的品质愈好。弯曲被广泛用做估价羊毛品质的依据，弯曲形状整齐一致的羊毛，纺成的毛纱和制品手感松软，弹性和保暖性好。细毛弯曲数多而密度大，粗毛的发毛呈波形或平展无弯。强伸度对成品的结实性有直接影响。强度指羊毛对断裂的应力；伸度指由于断裂力的作用而增加的长度。各类羊毛的断裂强度有很大差异。
