Бесцветные кристаллы без запаха, кристаллическая решётка тетрагональная сингония (а = 0,566 нм, b = 0,4712 нм, c = 2); претерпевает полиморфные превращения кристаллов. Мочевина хорошо растворима в полярных растворителях (воде, жидком аммиаке и сернистом ангидриде), при снижении полярности растворителя растворимость падает. Мочевина нерастворима в неполярных растворителях (алканах, хлороформе). Растворимость (г в 100 г растворителя): в воде — 40 (0 °C), 45 (10 °C), 51,83 (20 °C), 57,2 (30 °C), 63,8 (40 °C), 67,2(50 °C), 71,9 (60 °C), 79 (80 °C), 88 (100 °C); в жидком аммиаке — 49,2 (20 °C, 709 кПа), 90 (100 °C, 1267 кПа); в метаноле — 22 (20 °C); в этаноле — 5,4 (20 °C); в изопропаноле — 2,6 (20 °C); в изобутаноле — 6,2 (20 °C); в этилацетате — 0,08 (25 °C); в хлороформе — ~0 (не растворяется).
