Otrzymany w procesie kontaktowym trójtlenek siarki ulega zwykle natychmiast dalszej przeróbce na kwas siarkowy (§ 151). W stanie czystym przedstawia on bezbarwną masą krystaliczną, z wyglądu podobną do lodu, topnieiącą w 16,85°C i wrzącą w 44,8°C (y-SOg). Gęstość jego w 13°C wynosi 1,995 g/cmi, w 20°C (w stanie ciekłym) — 1,97 g/cm3. Paruje już w zwykłej temperaturze, tworząc na powierzchni ciężkie białe dymy. Podczas dłuższego przechowywania, zwłaszcza pod wpływem niewielkich ilości wody 7-SO3 przekształca się w inną odmianę, mającą postać cienkich włókien o połysku jedwabistym. Ta druga, ,,azbestowa” odmiana (P-SO3) ma wyższą temperaturę topnienia niż odmiana poprzednia „lodowata” (32,5″C). Po destylacji przekształca się z powrotem w odmianę y. Istnieje jeszcze jedna odmiana, trudna do otrzymania w stanie czystym (a-S03), podobna od odmiany f), lecz topniejąca dopiero w 62,3°C.
We wszystkich trzech odmianach cząsteczki S03 są spolimeryzowa- ne. Zjawisko polimeryzacji tym się różni od asocjacji (§ 89), że cząsteczki wielokrotne mogą być oddzielone od pojedynczych, tworząc substancję (polimer) o własnościach odmiennych od substancji o cząsteczkach pojedynczych (monomeru).
Pod względem chemicznym wszystkie odmiany trójtlenku siarki zachowują się podobnie. Działają silnie utleniająco, same redukując się przy tym na S02. Najważniejszą własnością trójtlenku siarki jest jego dążność do przyłączania wody, przy czym powstaje kwas siarkowy H2SO4. Gdy wprowadza się kroplę wody na stały trójtlenek, połączenie następuje z wybuchową gwałtownością. Wywiązują się przy tym duże ilości ciepła: H20 + S03 = H2S04 + 21,28 kcal.
Trójtlenek siarki odbiera też wodę substancjom, w których składniki jej są chemicznie związane. Dlatego liczne substancje organiczne, jak cukier, drewno, papier, składające się z węgla, tlenu i wodoru, ulegają zwęgleniu pod wpływem trójtlenku siarki.