氧化锌晶体有三种结构：六边纤锌矿结构、立方闪锌矿结构，以及比较罕见的氯化钠式八面体结构。纤锌矿结构在三者中稳定性，因而最常见。立方闪锌矿结构可由逐渐在表面生成氧化锌的方式获得。在两种晶体中，每个锌或氧原子都与相邻原子组成以其为中心的正四面体结构。 八面体结构则只曾在100亿帕斯卡的高压条件下被观察到。 纤锌矿结构、闪锌矿结构有中心对称性，但都没有轴对称性。晶体的对称性质使得纤锌矿结构具有压电效应和热电效应，闪锌矿结构具有压电效应。 纤锌矿结构的点群为6mm（国际符号表示），空间群是P63mc。晶格常量中，a = 3.25 埃，c = 5.2 埃；c/a比率约为1.60，接近1.633的理想六边形比例。在半导体材料中，锌、氧多以离子键结合，是其压电性高的原因之一。 氧化锌的硬度约为4.5，是一种相对较软的材料。氧化锌的弹性常数比氮化镓等III-V族族半导体材料要小。氧化锌的热稳定性和热传导性较好，而且沸点高，热膨胀系数低，在陶瓷材料领域有用武之地。 在各种具有四面体结构的半导体材料中，氧化锌有着的压电张量。该特性使得氧化锌成为机械电耦合重要的材料之一。 在室温下，氧化锌的能带隙约为3.3 eV，因此，纯净的氧化锌是无色透明的。高能带隙为氧化锌带来击穿电压高、维持电场能力强、电子噪声小、可承受功率高等优点。氧化锌混入一定比例的氧化镁或氧化镉，会使能带隙在3-4 eV之间变化。 即使没有掺入任何其它物质，氧化锌具有N型半导体的特征。N型半导体特征曾被认为与化合物原子的非整比性有关，而对纯净氧化锌的研究则成为一个反例。使用铝、镓、铟等第III主族元素或氯、碘等卤素可以调节其N型半导体性能。而要将氧化锌制成P型半导体则存在一定的难度。可用的添加剂包括锂、钠、钾等碱金属元素，氮、磷、砷等第V主族元素，铜、银等金属，但都需要在特殊条件下才具有效用。