Cấu trúc tinh thể rắn của chì(II) nitrat đã được xác định nhờ vào phương pháp nhiễu xạ nơtron.[11][12] Tinh thể của chì ở dạng lập phương diện tâm với nguyên tử Pb nằm ở tâm các mặt của hình lập phương. Cạnh của một tế bào tinh thể là 784 picomet. Nhóm đối xứng không gian (space group) của tinh thể muối là Pa3Z=4 (theo Kí hiệu mạng Bravais).

Ở hình bên, chấm đen là nguyên tử Pb (quy ước được nằm trên một mặt phẳng chiếu), chấm trắng là nhóm nitrat nằm trên mặt phẳng chiếu với khoảng cách là 27 picomet, còn chấm xanh là nhóm nitrat nằm trên mặt phẳng chiếu. Ở cấu hình này, mỗi nguyên tử Pb liên kết với 12 nguyên tử oxy với độ dài liên kết: 281 picomet. Tất cả liên kết N–O đều dài 127 picomet.[13]

Nghiên cứu tinh chất tinh thể đã chỉ ra rằng không có sự tự quay của nhóm nitrat trong mạng lưới tinh thể khi tăng nhiệt độ.[12]