Етиленът е съставен от 4 водородни атома и 2 въглеродни атома, а 6 атома образуват равнина. Два въглеродни атома са хибридизирани SP2, а трите образувани хибридни орбитали SP2 са в една и съща равнина, а рните орбитали, които не участват в хибридизацията, са перпендикулярни на равнината. Въглеродните атоми са свързани с двойни връзки, които са съставени от σ връзка и π връзка, където σ връзката се образува от аксиалното припокриване на SP2 хибридните орбитали и π връзката се образува от страничното припокриване на р орбиталите.
Дължината на връзката на двойната връзка с въглерод-въглерод в етиленовата молекула е 1,33 × 10 -10 m, а ъгълът на свързване между двата въглеродни атома и четирите водородни атома е около 120 градуса. Енергията на връзката на двойната връзка на етилен е 615kJ/mol, а експериментално измерената дължина на връзката на единичната връзка на етана CC е 1,54 × 10 -10 m, а енергията на връзката е 348kj/mol. Това показва, че енергията на връзката на двойната връзка C=C не е два пъти по -голяма от енергията на връзката на CC единичната връзка, но малко по -малка от два пъти. Следователно е необходима само по -малко енергия за разбиване на една от облигациите в двойната връзка. Това е така, защото етиленът е активен и лесно претърпява реакции на добавяне.
