红外光谱研究表明，二氮化二硫分子具有近似于平面四方形的四元环的结构，而且在这一平面结构中，
氮原子和硫原子是交错排列的。在二氮化二硫分子中，SN键的键长介于SN单键键长174pm和S-N
双键键长154pm之间，为165.4pm。二氮化二硫的晶胞参数：a=448.5pm；b=376.7pm；c=845.2pm=，β=106.43°。
空间群为P21/C。
室温、1.33帕下升华。在封闭的管中，于250℃定量地分解为相应的元素。二氮化二硫与BF3、BCl3和SbCl3等反应，能分别生成S2N2·BF3，S2N2·BCl3，S2N2·SbCl3和S2N2·2SbCl3。从这些产物的物理性质和化学性质来看，S2N2仍基本上保持着原有的环状结构。
在痕量的
氰化钾存在时，二氮化二硫将被催化聚合为四氮化四硫。将二氮化二硫置于真空干燥器中，在室温下放置30天左右，它即聚合为
聚氮化硫(SN)n。