Komponen utama wol adalah keratin, yang tersusun dari berbagai residu asam α-amino, yang dapat digabungkan menjadi molekul rantai panjang berbentuk spiral, yang mengandung gugus karboksil, gugus amina, dan gugus hidroksil, sehingga membentuk ikatan garam antar molekul. dan ikatan hidrogen, dll. Rantai panjang dihubungkan oleh ikatan silang yang dibentuk oleh ikatan disulfida sistin. Struktur kimia di atas menentukan karakteristik wol. Misalnya, ketika rantai panjang makromolekul serat wol diregangkan oleh gaya eksternal, ia bertransisi dari bentuk heliks tipe α ke tipe ekstensi tipe β dan kemudian kembali ke tipe α setelah gaya eksternal dihilangkan, maka kemunculannya adalah deformasi pemanjangan dan ketahanan wol. Kemampuan higroskopis wol yang lebih kuat dikaitkan dengan beberapa kelompok pada rantai panjang. Wol lebih tahan asam daripada tahan alkali karena alkali rentan terhadap gugus disulfida dalam sistin wol, yang merusak wol. Zat pengoksidasi juga dapat merusak wol dengan menghancurkan gugus disulfida.
Sifat fisik wol terutama meliputi kehalusan, panjang, kelenturan, kekuatan dan pemanjangan, elastisitas, kempa, higroskopisitas, warna, dan kilau. Kehalusan merupakan karakteristik proses yang penting untuk menentukan kualitas dan nilai guna serat wol, yang dinyatakan dengan diameter serat dalam mikron atau hitungan kualitas; semakin kecil kehalusannya, semakin tinggi hitungannya, dan semakin halus benang wol yang dipintal.
Panjang meliputi panjang alami dan panjang lurus, yang pertama mengacu pada jarak garis lurus antara ujung berkas, dan yang kedua adalah panjang yang diukur dengan meluruskan serat. Pemanjangan rambut halus di atas 20%, dan rambut semi halus sekitar 10 hingga 20%. Dengan kehalusan yang sama, semakin panjang wol, semakin tinggi kinerja pemintalan dan semakin baik kualitas produk jadinya. Pembengkokan banyak digunakan sebagai dasar penilaian kualitas wol. Wol dengan bentuk yang rapi dan konsisten dipintal menjadi benang dan produk yang lembut saat disentuh, dengan elastisitas dan kehangatan yang baik. Rambut halus mempunyai banyak lekukan dan kepadatan tinggi, sedangkan rambut kasar bergelombang atau rata tanpa lekukan. Kekuatan dan pemanjangan mempunyai pengaruh langsung terhadap kekencangan produk jadi. Kekuatan mengacu pada tekanan wol untuk patah; pemanjangan mengacu pada pertambahan panjang akibat gaya putus. Kekuatan putus berbagai jenis wol sangat bervariasi.
Kehalusan jenis rambut yang sama sebanding dengan kekuatannya, dan semakin tebal rambut, semakin besar pula kekuatannya. Semakin berkembang medula dengan rambut medula, semakin buruk kemampuannya untuk menahan kerusakan. Pemanjangan wol umumnya mencapai 20 hingga 50%. Elastisitas memungkinkan produk mempertahankan bentuk aslinya dan merupakan karakteristik wol yang sangat diperlukan untuk karpet dan selimut. Sifat felting dan higroskopis wol umumnya lebih baik. Kilau sering kali dikaitkan dengan keadaan cakupan kerak pada permukaan serat. Rambut halus memiliki kemampuan pantulan cahaya yang lemah, dan kilaunya lebih lembut; kilau rambut kasar kuat dan berkilau. Kilau yang lemah seringkali disebabkan oleh kerusakan pada lapisan bersisik.