Ethylen er sammensat af 4 hydrogenatomer og 2 carbonatomer, og 6 atomer danner et plan. To carbonatomer er SP2 -hybridiserede, og de tre SP2 -hybrid -orbitaler, der dannes, er i det samme plan, og de P -orbitaler, der ikke er involveret i hybridiseringen, er vinkelret på planet. Carbonatomer er forbundet med dobbeltbindinger, der er sammensat af en σ -binding og en π -binding, hvor σ -bindingen dannes af den aksiale overlap af SP2 -hybrid -orbitaler og π -bindingen dannes af den laterale overlapning af P orbitaler.
Bindingslængden af carbon-carbon-dobbeltbindingen i ethylenmolekylet er 1,33 × 10 -10 m, og bindingsvinklen mellem de to carbonatomer og de fire brintatomer er omkring 120 grader. Obligationsenergien i ethylen -dobbeltbindingen er 615kJ/mol, og den eksperimentelt målte bindingslængde af ethan -cc -enkeltbindingen er 1,54 × 10 -10 m, og bindingsenergien er 348kJ/mol. Dette viser, at bindingsenergien i C=C dobbeltbinding ikke er dobbelt så stor som Bindingsenergien for CC -enkeltbindingen, men lidt mindre end to gange. Derfor er det kun nødvendigt med mindre energi for at bryde en af bindingerne i dobbeltbindingen. Dette skyldes, at ethylen er aktiv og let gennemgår tilsætningsreaktioner.
