A fórmula química do ácido nítrico é NHO3. A molécula tem um átomo de nitrogênio central que está ligado em uma formação triangular a três átomos de oxigênio.
Um dos átomos de oxigênio tem uma ligação simples ao átomo de nitrogênio, um é uma ligação dupla e um é uma ligação simples ao nitrogênio com uma ligação adicional a um único átomo de hidrogênio. Todos os átomos estão no mesmo plano. O ácido nítrico é polar, já que o átomo central de nitrogênio tem carga positiva, enquanto o átomo de oxigênio solitário com ligação simples tem carga negativa. Isso torna o ácido nítrico solúvel em água. No entanto, o ácido nítrico também reage com a água para gerar calor.