Le tréhalose est une poudre cristalline blanche d’une pureté supérieure à 99 %, inodore et légèrement sucrée. Sa forme anhydre fond à 203–205 °C et se décompose lorsqu’elle est chauffée davantage. À 25 °C, sa pression de vapeur est extrêmement faible, avec une masse volumique relative de 1,51 à 20 °C. Il se dissout facilement dans l’eau, est légèrement soluble dans l’éthanol et ne se dissout ni dans l’éther ni dans le benzène. Il reste stable dans des conditions normales, mais peut réagir avec des acides forts à haute température et être affecté par certaines enzymes spécifiques.