天然砒霜的化學名稱為三氧化二砷，化學成分是As2O3，它屬於等軸晶系六八面體晶類。其單晶晶形通常為八面體，也有菱形十二面體。集合體可能呈現星狀、皮殼狀、毛髮狀、土狀或鍾乳狀形態。
天然砒霜通常呈白色，有時帶有天藍、黃、紅色調，也可能是無色。它的條痕顏色為白色或淡黃，具有玻璃至金剛光澤，有時也表現出油脂或絲絹光澤。其摩氏硬度為1.5，比重範圍在3.73至3.90之間，具有完全解理和貝殼狀的斷口。作為一種脆性物質，它能夠溶於水，並且具有劇烈的毒性。
在古代，由於生產技術的限制，砒霜中可能伴有少量的硫和硫化物，這些雜質與銀接觸時會產生化學反應，使銀針表面生成黑色的硫化銀。然而，現代生產的砒霜技術已經進步很多，可以提煉得非常純淨，不再含有硫和硫化物。因此，在通常條件下，砒霜不會與銀反應。
此外，砒霜也是一種天然產含砷礦物，如砷華、毒砂或雄黃等礦石的加工製成品，也被稱為信石。主要產於江西、湖南、廣東、貴州等地。商品砒霜分為紅信石和白信石兩種，其中藥用主要以紅信石為主。處理砒霜時，需要將其裝入砂罐內，用泥封口，然後在爐火中煅紅，取出放涼，或與綠豆同煮以減少其毒性。砒霜的精製品為白色粉末，其毒性更為劇烈。