Hlavnou zložkou vlny je keratín, ktorý sa skladá z rôznych zvyškov α-aminokyselín, ktoré sa môžu spájať do molekúl s dlhým reťazcom v tvare špirály, ktoré obsahujú karboxylové skupiny, amínové skupiny a hydroxylové skupiny, ktoré tvoria medzi molekulami soľné väzby. a vodíkové väzby atď. Dlhé reťazce sú spojené krížovými väzbami tvorenými disulfidovými väzbami cystínov. Vyššie uvedená chemická štruktúra určuje vlastnosti vlny. Napríklad, keď je dlhý reťazec makromolekúl vlnených vlákien natiahnutý vonkajšou silou, prechádza zo špirálovitého tvaru typu α na typ predlžovania typu β a potom sa po odstránení vonkajšej sily vráti do typu α, potom je jeho vzhľad v predlžovacej deformácii a pružnosti vlny. Silnejšia hygroskopická schopnosť vlny súvisí s niektorými skupinami na dlhej reťazi. Vlna je odolnejšia voči kyselinám ako zásadám, pretože zásady sú náchylné na disulfidové skupiny vo vlnovom cystíne, ktoré poškodzujú vlnu. Oxidačné činidlá môžu tiež poškodiť vlnu zničením disulfidových skupín.
Medzi fyzikálne vlastnosti vlny patrí najmä jemnosť, dĺžka, ohyb, pevnosť a ťažnosť, elasticita, plstnatosť, hygroskopickosť, farba a lesk. Rýdzosť je dôležitá procesná charakteristika na určenie kvality a úžitkovej hodnoty vlneného vlákna, ktorá sa vyjadruje priemerom vlákna v mikrónoch alebo počtom akostí; čím menšia jemnosť, tým vyšší počet a tým jemnejšia vlnená priadza.
Dĺžka zahŕňa prirodzenú dĺžku a priamu dĺžku, prvá sa vzťahuje na priamu vzdialenosť medzi koncami chumáča a druhá je dĺžka meraná narovnaním vlákien. Predĺženie jemných vlasov je nad 20 % a polojemných vlasov je okolo 10 až 20 %. Pri rovnakej jemnosti platí, že čím je vlna dlhšia, tým vyšší je výkon pradenia a tým lepšia je kvalita hotového výrobku. Ohýbanie je široko používané ako základ pre hodnotenie kvality vlny. Vlna s úhľadným a konzistentným tvarom sa spriada do priadzí a výrobkov, ktoré sú jemné na dotyk, s dobrou elasticitou a hrejivosťou. Jemné chĺpky majú veľa ohybov a vysokú hustotu a hrubé chĺpky sú vlnité alebo ploché bez ohybov. Pevnosť a predĺženie majú priamy vplyv na pevnosť hotového výrobku. Pevnosť sa vzťahuje na napätie vlny na pretrhnutie; predĺženie sa týka zväčšenia dĺžky v dôsledku lomovej sily. Pevnosť rôznych druhov vlny sa značne líši.
Jemnosť rovnakého typu vlasov je úmerná ich sile a čím sú vlasy hrubšie, tým je pevnosť väčšia. Čím je dreň s medulárnymi chĺpkami vyvinutejšia, tým je jej schopnosť odolávať zlomeniu horšia. Rozťažnosť vlny je vo všeobecnosti do 20 až 50 %. Elasticita umožňuje, aby si výrobok zachoval svoj pôvodný tvar a je nevyhnutnou vlastnosťou vlny na koberce a prikrývky. Plstenie a hygroskopické vlastnosti vlny sú vo všeobecnosti lepšie. Lesk často súvisí so stavom pokrytia vodného kameňa na povrchu vlákna. Jemné vlasy majú slabú schopnosť odrážať svetlo a lesk je jemnejší; lesk hrubých vlasov je silný a lesklý. Slabý lesk je často spôsobený poškodením šupinatej vrstvy.