Sulfatni ion je tetraedrična struktura, sestavljena iz enega atoma žvepla in štirih atomov kisika, ki so kovalentno povezani skupaj. Atom žvepla se nahaja v središču tetraedra, medtem ko se štirje atomi kisika nahajajo na njegovih štirih ogliščih. Vezni kot ene vezi kisik-žveplo-kisik je 109 stopinj 28', dolžina vezi druge vezi kisik-žveplo pa je 1,44 angstroma. Sulfatni ion pridobi dva elektrona, da tvori stabilno strukturo, zato je negativno nabit in se zlahka združuje s kovinskimi ioni ali amonijevimi ioni, da tvori ionske vezi in se tako stabilizira.