化学的には、葉酸は3つの異なる化学部分が結合したものである。プテリン（2-アミノ-4-ヒドロキシ-プテリジン）複素環環は、p-アミノベンゾイル基とメチレン橋で結合しており、この基はアミド結合を介してグルタミン酸またはポリグルタミン酸のいずれかと結合している。プテリジン環のN5窒素原子および／またはp-アミノベンゾイル基のN10窒素原子には、様々な酸化状態の炭素1単位が結合していてもよい。