日本的八浜羲和曾對木質素下過這樣的定義：木質素是在酸作用下難以水解的相對分子質量較高的物質，主要存在于木質化植物的細胞中，強化植物組織。其化學結構是苯丙烷類結構單元組成的復雜化合物，共有三種基本結構(非縮合型結構)，即愈創木基結構、紫丁香基結構和對羥苯基結構，分子結構式如圖1.1所示，同時含有多種活性官能團，如羥基、羰基、羧基、甲基及側鏈結構。其中羥基在木質素中存在較多，以醇羥基和酚羥基兩種形式存在，而酚羥基的多少又直接影響到木質素的物理和化學性質，如能反映出木質素的醚化和縮合程度，同時也能衡量木質素的溶解性能和反應能力；在木質素的側鏈上，有對羥基安息香酸、香草酸、紫丁香酸、對羥基肉桂酸、阿魏酸等酯型結構存在，這些酯型結構存在于側鏈的α位或γ位。在側鏈α位除了酯型結構外，還有醚型連接，或作為聯苯型結構的碳-碳聯結。同酚羥基一樣，木質素的側鏈結構也直接關系到它的化學反應性。
對羥苯基結構 愈創木基結構 紫丁香基結構
圖1.1 木質素單體的分子結構
由于木質素的分子結構中存在著芳香基、酚羥基、醇羥基、碳基共扼雙鍵等活性基團，因此可以進行氧化、還原、水解、醇解、酸解甲氧基、梭基、光解、酞化、磺化、烷基化、鹵化、硝化、縮聚或接枝共聚等許多化學反應。其中，又以氧化、酞化、磺化、縮聚和接枝共聚等反應性能在研究木質素的應用中顯示著尤為重要的作用，同時也是擴大其應用的重要途徑。在此過程中，磺化反應又是木質素應用的基礎和前提，到目前為止，木質素的應用大都以木質素磺酸鹽的形式加以利用。在亞硫酸鹽法生產紙漿的工藝中，正是由于亞硫酸鹽溶液與木粉中的原本木質素發生了磺化反應，引進了磺酸基，增加了親水性，而后這種木質素磺酸鹽在酸性蒸煮液中進一步發生水解反應，使與木質素結合著的半纖維素發生解聚，從而使木質素磺酸鹽溶出，實現了木質素、纖維素與半纖維素的分離，得到了紙漿，同時也使木質素的應用成為了可能。
