Villan pääkomponentti on keratiini, joka koostuu erilaisista α-aminohappotähteistä, jotka voidaan yhdistää spiraalimaisesti pitkäketjuisiksi molekyyleiksi, jotka sisältävät karboksyyliryhmiä, amiiniryhmiä ja hydroksyyliryhmiä muodostaen suolasidoksia molekyylien välille. ja vetysidokset jne. Pitkät ketjut on yhdistetty kystiinien disulfidisidosten muodostamilla ristisidoksilla. Yllä oleva kemiallinen rakenne määrää villan ominaisuudet. Esimerkiksi kun villakuitujen makromolekyylien pitkää ketjua venytetään ulkoisella voimalla, se siirtyy α-tyyppisestä kierteestä β-tyyppiseen jatketyyppiin ja palaa sitten α-tyyppiseen ulkoisen voiman poistamisen jälkeen, jolloin se esiintyy venymämuodonmuutoksessa ja villan kimmoisuudessa. Villan vahvempi hygroskooppisuus liittyy joihinkin pitkän ketjun ryhmiin. Villa on haponkestävämpää kuin alkalinkestävä, koska emäkset ovat alttiita villakystiinin disulfidiryhmille, mikä vahingoittaa villaa. Hapettavat aineet voivat myös vahingoittaa villaa tuhoamalla disulfidiryhmiä.
Villan fysikaalisia ominaisuuksia ovat pääasiassa hienous, pituus, taivutus, lujuus ja venymä, elastisuus, huovutus, hygroskooppisuus, väri ja kiilto. Hienous on tärkeä prosessiominaisuus, jolla määritetään villakuidun laatu ja käyttöarvo, joka ilmaistaan kuidun halkaisijalla mikroneina tai laatuluvulla; mitä pienempi hienous, sitä suurempi luku ja sitä hienompaa kehrätty villalanka.
Pituus sisältää luonnollisen pituuden ja suoran pituuden, joista edellinen tarkoittaa tupsun päiden välistä suoraviivaista etäisyyttä ja jälkimmäinen on kuituja oikaisemalla mitattu pituus. Hienojen hiusten venymä on yli 20 % ja puolihienojen noin 10-20 %. Samalla hienoudella mitä pidempi villa on, sitä parempi kehruuteho ja sitä parempi lopputuotteen laatu. Taivutusta käytetään laajasti villan laadun arvioinnin perustana. Siistin ja yhtenäisen muotoinen villa kehrätään langoiksi ja tuotteiksi, jotka ovat pehmeitä kosketukselle, hyvä joustavuus ja lämpö. Hienot karvat ovat monimutkaisia ja tiheitä, ja karkeat karvat ovat aaltoilevia tai litteitä ilman mutkia. Lujuus ja venymä vaikuttavat suoraan valmiin tuotteen lujuuteen. Lujuus viittaa villan katkeamiseen aiheuttamaan rasitukseen; venymä tarkoittaa pituuden kasvua, joka johtuu murtovoimasta. Erilaisten villatyyppien murtolujuus vaihtelee suuresti.
Samantyyppisten hiusten hienous on verrannollinen sen vahvuuteen, ja mitä paksummat hiukset, sitä vahvempi on. Mitä kehittyneempi ydin, jossa on ydinkarvoja, sitä huonompi on sen kyky vastustaa murtumista. Villan venymä on yleensä jopa 20-50 %. Elastisuuden ansiosta tuote säilyttää alkuperäisen muotonsa ja on välttämätön villan ominaisuus matoissa ja peitoissa. Villan huovutus- ja hygroskooppisuusominaisuudet ovat yleensä paremmat. Kiilto liittyy usein kuidun pinnan kattilapeittotilaan. Ohuilla hiuksilla on heikko valonheijastuskyky ja kiilto on pehmeämpää; karkeiden hiusten kiilto on vahva ja kiiltävä. Heikko kiilto johtuu usein hilseilevän kerroksen vaurioista.