賴氨酸的化學名稱為2,6-二氨基己酸，其分子結構式為C6H14N2O2。
賴氨酸是一種具有明顯鹼性的氨基羧酸，含有2個氨基(-NH2)和1個羧基(-COOH)。在結構上，賴氨酸的第二個碳原子周圍有四個不同的基團，使其具有不對稱結構，因此賴氨酸是一種光學活性胺基酸，可以產生對映異構體。按光學活性分，賴氨酸有L型(左旋)、D型(右旋)和DL型(消旋)3種構型。
此外，賴氨酸側鏈末端的氨基是親水的，但烴鏈部分又是疏水的，因此它可以出現在蛋白質的一些兩親結構中。賴氨酸的結構特點使其在蛋白質的結構和功能中扮演著重要角色。