Phân tử ATP gồm adenosine - tạo ra từ một vòng adenine và một đường ribose - và ba nhóm phosphate (nên gọi là triphosphate). Các nhóm phosphat, bắt đầu từ nhóm gần nhất với nhóm ribose, được gọi lần lượt là alpha (α), beta (β), và gamma (γ) phosphat. ATP tan tốt trong nước và khá ổn định trong dung dịch có độ pH từ 6.8 đến 7.4, nhưng nhanh chóng bị thủy phân ở pH quá cao hoặc quá thấp.

Phân tử ATP không ổn định trong nước không đệm và bị thủy phân thành ADP và phosphate. Lý do là liên kết giữa các phần tử phosphate còn lại trong ATP yếu hơn liên kết hydro giữa ADP và nước. Vì vậy, nếu ATP và ADP ở trong cân bằng hóa học trong nước, gần như toàn bộ ATP sẽ dần chuyển thành ADP
Phương trình: ATP + H2O = ADP + Pi + Năng lượng.

Nếu ADP tiếp tục thủy giải sẽ thành AMP. Ngược lại ATP sẽ được tổng hợp nên từ ADP và Pi nếu có đủ năng lượng cho phản ứng:
enzyme
ADP + Pi + năng lượng = ATP + H2O

Như vậy có thể kết luận rằng: ATP không chuyển hóa trực tiếp thành AMP, mà phải thông qua chất trung gian là ADP