De acordo com a teoria da ligação de valência, para se estabelecerem as ligações químicas representadas na estrutura acima, o átomo de enxofre sofre expansão da camada de valência, sendo, para isso, necessária a utilização de orbitais 3d.
De acordo com a teoria da repulsão dos pares eletrônicos, o ângulo formado entre as ligações covalentes que cada átomo de oxigênio dos grupos OH da molécula de H2SO4 estabelece com os átomos de H e S é igual a 180 graus.