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 davantage chauffée. À 25°C, sa pression de vapeur est extrêmement faible, avec une densité relative de 1.51 à 20°C. Il se dissout facilement dans l'eau, est légèrement soluble dans l'éthanol et ne se dissout pas dans l'éther ni le benzène. Il reste stable dans des conditions normales, mais peut réagir avec des acides forts à haute température et être affecté par des enzymes spécifiques.