Trong phân tử cacbon tetraclorua, bốn nguyên tử clo nằm ở các vị trí đối xứng tại các góc của cấu hình tứ diện kết nối với nguyên tử cacbon ở tâm bằng các liên kết cộng hóa trị đơn. Do phân bó đối xứng trong không gian như vậy nên phân tử cacbon tetraclorua không có mômen lưỡng cực ròng; nghĩa là CCl4 không phân cực. Trong vai trò của một dung môi, nó hòa tan khá tốt các hợp chất không phân cực khác, chất béo và dầu mỡ. Nó hơi dễ bay hơi, tạo ra hơi với mùi đặc trưng như của các dung môi clo hóa khác, hơi tương tự như mùi của tetracloroethylen dùng trong các cửa hàng giặt là khô.

Tetraclorometan rắn có 2 dạng thù hình: dạng kết tinh II dưới -47,5 °C (225,6 K) và dạng kết tinh I trên -47,5 °C.[3]

Ở -47,3 °C nó có cấu trúc tinh thể đơn tà với nhóm không gian C2/c và các hằng số lưới a = 20,3, b = 11,6, c = 19,9 (.10−1 nm), β = 111°.[4]