Атомы азота в диазосоединениях с ковалентной связью находятся в состоянии sp2-гибридизации и соединены друг с другом двойной связью.
При этом две гибридные орбитали каждого из атомов участвуют в образовании σ-связей, а на третьей располагается неподеленная электронная пара.
Негибридизованные рz-орбитали атомов азота располагаются перпендикулярно плоскости молекулы и участвуют в образовании π-связи, а также участвуют в сопряжении с бензольным кольцом с образованием единой сопряженной системы.
В результате такого строения диазосоединения с ковалентной связью могут существовать в виде цис-(син-) и транс-(анти-) изомеров. Более стабильной является транс-форма.
Образование диазогидроксида объясняется тем, что при взаимодействии диазокатиона с гидроксильным ионом положительный заряд полностью смещается к крайнему атому азота и между ним и гидроксильной группой возникает ковалентная связь:
[ Ar – N ≡ N ]+ + OH- → Ar – N = N – OH