三氧化硫的相对分子质量是80.06,三氧化硫是强的氧化剂,只能在高温时氧化硫、磷、铁、锌以及溴化物、碘化物等。SO₃在标况(1atm,0℃)下为固态,在常温常压下为液态。三氧化硫是非极性分子。它的气体形式是一种严重的污染物,是形成酸雨的主要来源之一。
SO3中,S元素采取sp²杂化,在竖直方向(就是没形成杂化轨道剩下的p轨道)上的p轨道中有一对电子,在形成的杂化轨道中有一对成对电子和2个成单电子,有2个氧原子分别与其形成σ键,2个氧原子竖直方向上p轨道各有1个电子,一个氧原子与杂化轨道的孤对电子形成配位键,其竖直方向上有2个电子,这样,在4个原子的竖直方向的电子共同形成一套四中心六电子大π键,这套大π键是离域的键。
在实验室中常用浓硫酸与五氧化二磷共热制取三氧化硫,其中会产生磷酸。在反应中生成的三氧化硫需要用冰水混合物冷却,尾气用浓硫酸(85%)吸收。