Natri đithionit bền khi đun nóng, nhưng bị oxi hóa chậm bởi không khí khi ở trong dung dịch. Thậm chí khi không có không khí, dung dịch natri đithionit cũng bị hỏng vì xảy ra phản ứng:

2 S2O42- + H2O → S2O32- + 2 HSO3-

Do đó dung dịch natri đithionit không thể bảo quản trong thời gian dài.[2]

Ở trạng thái khan là tinh thể đơn tà có mùi lưu huỳnh nhẹ. Nó tan trong nước và rất ít trong etanol. Ở trạng thái ngậm nước đihiđrat là tinh thể hình trụ, và nó không bền khi dễ dàng tách nước tạo thành dạng khan và dễ dàng bị oxi hóa bởi không khí.

Dạng khan phân hủy dần dần tạo natri sunfat và lưu huỳnh điôxit ở nhiệt độ trên 90 °C trong không khí. Khi vắng mặt không khí, nó sẽ phân hủy ở nhiệt độ trên 150 °C tạo thành natri sulfit, natri thiosulfat, lưu huỳnh đioxit và một lượng nhỏ dạng dấu vết của lưu huỳnh.

Natri đithionit khan dạng bột với một ít nước có thể bắt lửa trong không khí ở nhiệt độ phân hủy. Khi thiếu không khí (oxi), nó chỉ phân hủy chậm.

Dung dịch natri đithionit có tính axit và phân hủy tạo thành natri thiosulfat và natri bisulfit. Tốc độ phản ứng tăng khi tăng nhiệt độ. Ngoài ra, tốc độ cũng tăng khi xảy ra trong môi trường axit mạnh.

2 Na2S2O4 + H2O → Na2S2O3 + 2 NaHSO3

Khi có mặt oxi, nó phân hủy thành natri bisulfat và natri bisulfit.

Na2S2O4 + O2 + H2O → NaHSO4 + NaHSO3

Natri bisulfat và natri bisulfit làm giảm pH và vì thế làm tăng tốc độ phản ứng. Lưu huỳnh đioxit được tạo ra dưới điều kiện axit mạnh.

2 H2S2O4 → 3 SO2 + S + 2 H2O3 H2S2O4 → 5 SO2 + H2S + 2 H2O

Trái lại, trong dung dịch kiềm (pH 9-11) natri đithionit bền và chỉ bị phân hủy khoảng 1% trong 1 giờ. Nó có tính khử mạnh và phân hủy thành muối sunfit và sunfua.

3 Na2S2O4 + 6 NaOH → 5 Na2SO3 + Na2S + 3 H2O