Chất rắn được cấu tạo bằng cấu trúc (có cùng cấu trúc như) fluorit (canxi florua), ở đó mỗi U được bao quanh bởi tám O xung quanh gần nhất trong một sự sắp xếp khối. Ngoài ra, các dioxit của ceri, plutoni và neptuni cũng có cùng cấu trúc. Không có các nguyên tố dioxit khác có cấu trúc fluorit. Khi nóng chảy, sự điều phối U-O trung bình được đo lường giảm từ 8 thành chất rắn kết tinh (UO8 cubes), xuống còn 6,7 ± 0,5 (ở 3270 K) trong lớp tan chảy.[3] Các mô hình phù hợp với những phép đo này cho thấy chất tan chủ yếu gồm các đơn vị đa diện UO6 và UO7, trong đó khoảng 2/3 kết nối giữa polyhedra là cùng góc và 1/3 là cùng cạnh.