臭氧分子结构呈V形。 三个氧原子采取sp2杂化，中心氧原子1个sp2杂化轨道为孤对电子占据，另外2个未成对电子则分别与两旁氧原子的sp2杂化轨道上未成对电子形成2个（sp2-sp3）σ键。中心氧原子未参与杂化的p轨道上的一对电子，与两旁氧原子未参与杂化的p轨道上各1个原子互相平行，彼此重叠形成垂直的三中心四电子大π键，这个π键是离域π键，不固定在两原子之间，所以正负电荷中心不重合。 因此为极性分子。
