Ze względu na hybrydyzację typu \( \ce{sp}{^2} \) atomów węgla i tlenu w grupie karbonylowej oraz sprzężeniu jednej wolnej pary elektronowej na atomie tlenu grupy hydroksylowej z układem  \( \pi \)-elektronów grupy karbonylowej o kształcie trygonalnym, grupa ta jest płaska. Ponieważ proton hydroksylowy jest odszczepiany łatwo, kwasy karboksylowe są silnymi kwasami. Podstawniki elektroujemne znajdujące się w pobliżu grupy karboksylowej zwiększają kwasowość. Temperatury wrzenia kwasów karboksylowych są wyższe niż te dla alkoholi mających podobną masę cząsteczkową i wzrastają wraz ze wzrostem wielkości cząsteczki. Temperatura topnienia liniowych kwasów karboksylowych, o parzystej liczbie atomów węgla w cząsteczce, jest wyższa niż temperatury topnienia sąsiednich kwasów karboksylowych, zawierających nieparzystą liczbę atomów węgla w cząsteczce. Kwasy karboksylowe są polarne. Charakteryzują się niemal taką samą rozpuszczalnością, jak odpowiadające im alkohole. Pierwsze cztery kwasy karboksylowe są rozpuszczalne w wodzie, kwas pentanowy rozpuszcza się częściowo w wodzie, ale wyższe homologi są praktycznie nierozpuszczalne. Wszystkie kwasy karboksylowe rozpuszczają się dobrze w eterach i alkoholach. Zapach alifatycznych niższych kwasów karboksylowych zmienia się od zapachu ostrego i drażniącego (np. kwasy mrówkowy i octowy) do zapachu wyraźnie nieprzyjemnego (np. kwasy butanowy, pentanowy i heksanowy). Kwasy karboksylowe mające większą liczbę atomów węgla w szkielecie, ze względu na niską lotność, nie wykazują intensywnego zapachu.

Reakcjami najbardziej charakterystycznymi, w które wchodzą kwasy karboksylowe są reakcje: podstawienia hydroksylowego atomu wodoru (podstawienie elektrofilowe na tlenie) (reakcja ( 1 ) ), podstawienia grupy hydroksylowej, której produktem jest chlorek acylu ( 2 ), amid ( 3 ) lub bezwodnik ( 4 ) oraz reakcje estryfikacji ( 5 ), tworzenia soli w reakcji z zasadami ( 6 ) i redukcji do alkoholi ( 7 ).

Ciekawymi przykładami kwasów karboksylowych o długich nasyconych lub nienasyconych łańcuchach węglowodorowych (od 10 do 30 atomów węgla) są kwasy tłuszczowe (zob. Rys. 1 ), które można podzielić na nasycone (w cząsteczce łańcucha występują wyłącznie wiązania pojedyncze) i nienasycone (obecne jest jedno lub więcej wiązań podwójnych pomiędzy atomami węgla). Nienasycony kwas tłuszczowy może istnieć jako izomer \( {cis}{–} \) lub \( {trans}{–} \) (zob. Izomeria związków organicznych-Rys. 2 ).

Kwasy tłuszczowe są niepolarne, ze względu na niepolarny charakter długiego łańcucha węglowodorowego. Nasycone kwasy tłuszczowe, ze względu na raczej liniową strukturę łańcucha węglowego, umożliwiającą bliższe oddziaływania pomiędzy cząsteczkami, wykazują wyższe temperatury topnienia niż nienasycone kwasy tłuszczowe. Temperatury topnienia rosną wraz ze wzrostem masy cząsteczkowej.