Kyselina azelaová je alifatická dikarboxylová kyselina s přímým řetězcem s molekulovým vzorcem C9H1604 a relativní molekulovou hmotností 188,22. Jeho strukturní vzorec je HOOC-(CH2)7-COOH; molekula má na každém konci karboxylovou skupinu spojenou centrálním řetězcem sedmi methylenových skupin. Díky své relativně pravidelné molekulární struktuře vykazuje kyselina azelaová typické vlastnosti dikarboxylových kyselin s dlouhým řetězcem a obecně existuje jako pevná látka při pokojové teplotě. Dvě karboxylové skupiny jsou primárními aktivními místy v molekule a jsou hlavním důvodem, proč se kyselina azelaová může účastnit široké škály chemických reakcí.
Z hlediska molekulárního složení obsahuje kyselina azelaová devět atomů uhlíku, šestnáct atomů vodíku a čtyři atomy kyslíku; dva atomy kyslíku jsou umístěny v karbonylových skupinách karboxylových funkcí, zatímco další dva jsou součástí hydroxylových skupin. Karboxylové skupiny jsou vysoce polární, schopné tvořit vodíkové vazby s jinými polárními skupinami a podléhat reakcím, jako je acidobazická neutralizace a esterifikace. Sedm methylenových skupin ve středu molekuly má nízkou polaritu, což dodává molekule jako celku určitý stupeň hydrofobnosti. Koexistence karboxylových skupin a dlouhého uhlíkového řetězce vede k jedinečným charakteristikám rozpustnosti a reaktivity.
Molekulární struktura kyseliny azelaové významně ovlivňuje její aplikaci v materiálech. Protože má karboxylové skupiny na obou koncích, může podstoupit polykondenzaci s dioly za vzniku polyesterů nebo se účastnit esterifikačních reakcí s jinými sloučeninami obsahujícími hydroxylové skupiny za vzniku různých typů azelátových esterů. Začlenění kyseliny azelaové do polymerní struktury zavádí dlouhý centrální methylenový řetězec, který zvyšuje flexibilitu molekulárního řetězce, což umožňuje úpravu tvrdosti materiálu, pružnosti a nízkoteplotního výkonu na základě požadavků na složení. Tyto strukturální vlastnosti umožňují použití kyseliny azelaové jako suroviny dikarboxylové kyseliny při výrobě polymerních materiálů, jako jsou polyestery a polyuretany.
Strukturní charakteristiky kyseliny azelaové jsou primárně definovány dvěma rysy: karboxylovými skupinami na obou koncích a dlouhým uhlíkovým řetězcem uprostřed. Karboxylové skupiny určují jeho vysokou reaktivitu, zatímco dlouhý uhlíkový řetězec ovlivňuje pružnost molekul, hydrofobnost a výsledné vlastnosti materiálu. V praktických aplikacích lze odlišné role těchto dvou strukturních složek využít k vyladění molekulární struktury a vlastností konečného materiálu úpravou dávkování kyseliny azelaové a její kombinace s jinými monomery. V důsledku toho kyselina azelaová slouží nejen jako základní chemická surovina, ale také jako strukturní modifikátor při syntéze polymerních materiálů.