Wasserfreies Dinatriumhydrogenphosphat ist eine farblose, kristalline, hygroskopische Verbindung. Neben der wasserfreien Verbindung sind auch drei Hydrate bekannt:
- Dihydrat (Na2HPO4 · 2 H2O)
- Heptahydrat (Na2HPO4 · 7 H2O)
- Dodecahydrat (Na2HPO4 · 12 H2O)
Ein Mol wasserfreies Dinatriumhydrogenphosphat nimmt aus der Luft 2 Mol Wasser auf und bindet es als Kristallwasser. Die höheren Hydrate hingegen verwittern an Luft zum Dihydrat. Diese Stabilität des Dihydrats ist auch der Grund für seine Wahl als Puffersubstanz. Beim Erhitzen wird zunächst alles Kristallwasser abgegeben (Dodecahydrat bei 35 °C, Heptahydrat bei 48 °C und Dihydrat bei 92,5 °C), anschließend (bei ca. 250 °C) aber auch – aus je zwei Molekülen – ein weiteres Wassermolekül, wodurch ein Pyrophosphat entsteht.
Dinatriumhydrogenphosphat reagiert in wässriger Lösung basisch:
Es stellt sich also ein Gleichgewicht zwischen Hydrogen- und Dihydrogenphosphat-Ionen ein.