Vanadinit là một muối chì clorovanadat với công thức hóa học Pb5(VO4)3Cl. Thành phần nó gồm 73.15% chì, 10.79% vanadi, 13.56% oxy, và 2.50% clo. Mỗi đơn vị cấu trúc của vanadinit chứa một ion clo bao bọc xung quanh bởi 6 ion chì divalent ở các góc của hình tám mặt, với một trong các ion chì được cung cấp bởi một liên kết với một phân tử liền kề. Khoảng cách giữa các ion chì và clo là 317 picomet. Khoảng cách ngắn nhất giữa các ion chì là 4.48 Å. Các bát diện chia sẻ hai mặt đối diện với các ô mạng vanadinit xung quanh, tạo thành một chuỗi các bát diện liên tục. Mỗi nguyên tử vanadi được bao bọc xung quanh bởi 4 nguyên tử oxy ở các góc của hình tứ diện không đều. Khoảng cách giữa mỗi cặp nguyên tử oxy và vanadi là 1.72 hoặc 1.76 Å. Ba tứ diện oxy liên kết lại với các bát diện chì dọc theo một chuỗi.[1][9]

Các tinh thể vanadinit kết tinh theo hệ sáu phương. Cấu trúc bên trọng này thường phản ánh hình dạng tinh thể bên ngoài của chúng. Các tinh thể thường ở dạng hình lăng trụ ngắn sáu phương, nhưng cũng có thể tìm thấy chúng ở dạng tháng sáu phương, khối tròn. Các ô mạng cơ sở của vanadinit thì ở dạng lăng trụ sáu phương, được cấu tạo bởi 2 phân tử và có các trục gồm a = 10.331 Å và c = 7.343 Å), trong khi a là chiều dài của các cạnh của lục giác và c là chiều cao của hình lăng trụ. Thể tích của mỗi ô mạng của vanadinit được tính theo công thức V = a2c sin(60°), là 678.72 Å3.[1][4]