Ion sunfat là cấu trúc tứ diện gồm một nguyên tử lưu huỳnh và bốn nguyên tử oxy liên kết cộng hóa trị với nhau. Nguyên tử lưu huỳnh nằm ở trung tâm của tứ diện, trong khi bốn nguyên tử oxy nằm ở bốn đỉnh của nó. Góc liên kết của một liên kết oxy-lưu huỳnh-oxy là 109 độ 28' và độ dài liên kết của một liên kết oxy-lưu huỳnh khác là 1,44 angstrom. Ion sunfat nhận hai electron để tạo thành cấu trúc ổn định, do đó nó tích điện âm và dễ dàng kết hợp với các ion kim loại hoặc ion amoni để tạo thành liên kết ion, do đó tự ổn định.