三氧化硫是一種無色易升華的固體，有三種物相。（高中化學一般認為其在通常情況下是液體，標準狀況下是固體，加熱后是氣體。）α-SO3絲質纖維狀和針狀，密度1.97g/cm3，熔點62.3℃；β-SO3石棉纖維狀，熔點62.4℃，在50℃可升華； γ-SO3玻璃狀，熔點16.8℃，沸點44.8℃。溶于水，并跟水反應生成硫酸和放出大量的熱。因此又稱硫酸酐。溶于濃硫酸而成發煙硫酸，它是酸性氧化物，可和堿性氧化物反應生成鹽。三氧化硫是強的氧化劑，只能在高溫時氧化硫、磷、鐵、鋅以及溴化物、碘化物等。SO3在標況（273k，0℃)下為固態，在常溫常壓下為液態。