谷氨酸（2-氨基戊二酸）是手性化合物，存在两种镜像对映异构体：右旋体D(−)和左旋体L(+)[4] 。L型，即L-谷氨酸，在自然界中更广泛存在，但D型出现在一些特殊的环境中，例如细菌的荚膜和细菌的细胞壁（通过谷氨酸消旋酶（英语：Glutamate racemase）从L型产生它）和哺乳动物的肝脏，谷氨酸在肝脏中参与氨基酸的代谢过程（如转氨作用等）。纯净的L-谷氨酸是一种鳞片状或粉末状晶体，呈微酸性，无毒[5] 。L-谷氨酸于冷水，易溶于热水，几乎不溶于乙醚、丙酮中，也不溶于乙醇和甲醇。在200 ℃时升华，247 ℃-249 ℃分解，密度1.538 g/cm3，旋光度+37 ~ +38.9（25 ℃）。L-谷氨酸的用途广泛，它本身作为药品，能治疗肝昏迷症，也可用来生产味精、食品添加剂、香料和用于生物化学的研究，值得注意的是，谷氨酸还存在外消旋体。
谷氨酸在中枢神经系统方面发挥着重要作用，不仅能够调控突触活动、维持神经内网的稳定，更是神经细胞损伤以及炎性反应的枢纽。谷氨酸在蛋白质中提供负电荷，这对蛋白质结构稳定性有着重要作用。
谷氨酸的解离常数：pK(COOH)为2.19,Pk(γ-COOH)为4.25,pK3为9.67(NH3+)。当谷氨酸溶于水时，氨(-NH2)可能获得质子(H+)，和/或羧基可能会失去质子，这取决于介质的酸度。在足够酸性的环境中，两个羧基都被质子化，分子变成带有单一正电荷的阳离子，HOOC-CH(NH+3)-(CH2)2-COOH[6] .
在pH值约为2.5至4.1之间时，更接近胺的羧酸通常会失去一个质子，酸变成中性的两性离子，-OOC-CH(NH+3)-(CH2)2-COOH[6] 。这也是结晶固态化合物的形式。质子化状态的改变是逐渐进行的[7] [8] ；在pH值为2.10时，这两种形式的浓度相等。
在较高的pH值下，另一个羧酸基失去其质子，酸几乎完全以谷氨酸阴离子的形式存在-OOC-CH(NH+3)-(CH2)2-COO-,整体带有单一负电荷。质子化状态的改变发生在pH值为4.07时。这两种缺乏质子的羧酸盐的形式在生理pH值范围(7.35-7.45)中占主导地位。
在更高的pH值下，氨基会失去额外的质子，而普遍存在的物质是双负离子-OOC-CH(NH2)-(CH2)2-COO-。质子化状态的变化发生在pH值为9.47时[9] 。
谷氨酸的解离常数：pK1(COOH)为2.19，pK2(γ-COOH)为4.25，pK3为9.67(NH3+)。
(a)谷氨酸和(b)组氨酸的滴定曲线