Молекула мальтозы состоит из двух остатков D-глюкопиранозы, связанных 1,4-гликозидной связью.
В растворе мальтоза существует в нескольких таутомерных формах — α- и β-циклической и альдегидной. По свойствам мальтоза напоминает свойства глюкозы. Она мутаротирует, дает положительную реакцию с реактивом Толленса и реактивом Фелинга. С участием альдегидной формы вступает в реакции с фенилгидразином, гидроксиламином, циановодородной кислотой. При окислении бромной водой превращается в мальтобионовую кислоту.
За счет полуацетального гидроксила мальтоза образует гликозиды.
С участием циклических форм мальтоза, аналогично моносахаридам, образует простые и сложные эфиры по всем гидроксильным группам.