羊毛由α氨基酸缩聚而成的蛋白质组成。其结构相当复杂，到目前为止，还不能说自己已经非常清楚，只是知道组成蛋白分子α氨基酸的种类和各种α氨基酸的比例，具体的排列还不清楚。α氨基酸的分子式如下:
R为各种各样的原子团。
羊毛是由许多细胞聚集构成，从径向看，可分成三个组成部分:包裹在毛干外部的鳞片层；组成羊毛实体主要部分的皮质层；由毛干中心不透明的毛髓组成的髓质层。髓质层只存在于较粗的纤维中，细羊毛结构模型，其中可见组成羊毛纤维的纺垂细胞和螺旋形大分子。
⑴鳞片层。在毛干的最外部，保护羊毛，使其不受外界条件的影响而引起性质的变化。由电子显微镜观察得知，在纤维的最外层有一层外表皮细胞薄膜，这层薄膜厚度约为5～10nm，但具有较大的化学稳定的，不易被化学试剂破坏。外表皮细胞薄膜的里面是鳞片层，它是由片状角朊细胞组成，似鱼鳞状或瓦片状重叠覆盖，包裹在毛干外部，根部伸出毛干表面，并指向毛尖。
⑴鳞片层又可分为外层和内层。鳞片外层紧接外表皮细胞薄膜，根据化学组成也可分为a、b两层。整个鳞片外层都是无定型结构。再向内部鳞片内层，这层化学稳定性极差，易被化学式剂所破坏。
⑵皮质层。在鳞片层里面，是羊毛的主要组成部分，也是决定羊毛物理、化学性质的基本物质。依靠细胞间质与鳞片紧密联结在一起。细胞间质为非角朊物质，充满在细胞的所有缝隙中，易被酸、碱、氧化剂、还原剂和和酶所破坏。皮质层由许多稍扁略呈转曲的纺锤形细胞组成，这些细胞间由细胞间由细胞间质紧密相连，从羊毛横截面观察还能发现皮质细胞有两类，正皮质细胞和副皮质细胞。它们的染色性、机械性能都不一样，由于这两种皮质细胞的分侧分布，也就是双侧结构，使羊毛有卷曲的外形，如图所示。
服装原料。 ⑶髓质层。由结构松散和充满空气的角朊细胞组成，细胞间联系较差。含髓质层多的羊毛，脆而易断，不易染色。细羊毛内没有髓质层。
可见，羊毛根部粗，稍部细，表面覆盖着鳞片，沿纤维长度方向呈现卷曲的纤维。截面接近圆形，中部有毛髓(细绒毛没有毛髓)，手感较软，是富有弹性的纤维。常作高级纺织服装原料。
羊毛的性能
⑴细度。羊毛的细度指标常用品质支数，平均直径和dtex表示。羊毛的细度和它的各种性质有密切的关系。
一般地讲，羊毛的细度愈细，细度离散小，相对强度高。卷曲度大，鳞片密，光泽柔和，脂汗含量高，惟长度偏短。
因此细度是决定羊毛质量好坏的重要指标。它对成纱性质和加工工艺也有很大影响。羊毛一般细度为3.3～5.6dtex。
⑵长度。由于天然卷曲的存在，毛纤维长度可分为自然长度和伸直长度。长度在工艺上的意义仅次于细度，是决定纺纱系统和选择工艺参数的依据。羊毛长度一般为60～120㎜。
⑶羊毛的卷曲，羊毛的自然形态，并非直线，而是沿长度方向有自然的周期性卷曲。一般以每厘米的卷曲卷曲数来表示羊毛卷曲程度，叫卷曲度。
卷曲是羊毛的重要工艺特性。羊毛卷曲排列愈整齐，愈能使毛被形成紧密的毛丛结构，可以更好地预防外来杂质和气候影响，羊毛的卷曲度越高，品质愈好。
⑷吸湿性。羊毛吸湿性很好，标准状态下回潮率可达15%左右，但手触摸，仍无潮湿感觉。和其他纤维一样，羊毛吸湿能放热，它的吸湿积分热为112.4J/g(干纤维)，为常用纤维中最大的，所以羊毛织物调节体温能力是较大的。
⑸机械性能。强力很低，仅0.9～1.5N/dtex，但伸长能力却很大，断裂伸长率可达25%～40%，弹性模量E很小，仅9.7～22cN/dtex，因此拉伸变形能力很大，特别在伸长率大于3%时，变形能力更为显著。这是毛料服装穿用时不易损坏的原因。羊毛的弹性很好，不论拉伸、弯曲、压缩弹性都很好，因此毛料服装的“顺应性”好。羊毛表面鳞片，沿着不同方向——顺鳞片或逆鳞片的摩擦系数截然不同。在毛织物整理中，常利用羊毛的缩绒性，使毛织物获得外观优美，手感丰厚柔软和保暖性好的独特风格。但作为精纺产品，缩绒是要避免的。
⑹羊毛纤维的热定型性。定型是描述纺织材料的一种特定形式的结构稳定性。羊毛纤维在一定温度、湿度、外力作用下，经过一定时间，会使其形状稳定下来，称之为羊毛的热定型性。但这“形状稳定下来”只是相对的，也就是说只能在某一特定的，如条件变了。或经多次洗涤后，形状还是可能改变的。
⑺羊毛的化学性质。羊毛的耐酸性比丝、棉强，在稀硫酸内煮沸几个小时也无大损伤，在毛纺厂中，常用稀硫酸洗毛，以除去夹杂在羊毛中的细小物质。有机酸对羊毛的作用更缓和，染整中常用醋酸和蚁酸作为助染剂。碱对羊毛作用比较剧烈，碱的作用使盐式键断开。多缩氨酸链缩短，胱氨酸发生水解。随着碱的浓度增加，温度升高，处理时间延长，羊毛损伤程度加剧。氧化剂主要用于羊毛的漂白，也会使羊毛性质发生变化。卤素对羊毛的作用，会使其缩绒性降低，并增加染色速度。
⑻羊毛的生物性能。羊毛易受虫蛀，也易霉变、发黄而使强力下降，进而被破坏，所以保管须特别小心。
,
