三氧化硫是一种无色易升华的固体，有三种物相。（高中化学一般认为其在通常情况下是液体，标准状况下是固体，加热后是气体。）α-SO3丝质纤维状和针状，密度1.97g/cm³，熔点62.3℃；β-SO3石棉纤维状，熔点62.4℃，在50℃可升华； γ-SO3玻璃状，熔点16.8℃，沸点44.8℃。溶于水，并跟水反应生成硫酸和放出大量的热。因此又称硫酸酐。溶于浓硫酸而成发烟硫酸，它是酸性氧化物，可和碱性氧化物反应生成盐。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（273k，0℃)下为固态，在常温常压下为液态。