三氧化二硼是一种无色玻璃状晶体或粉末，具有强烈吸水性。它在干燥环境下应密闭保存，以防止吸水变质。它微溶于冷水，易溶于热水。在高温时，它可以被碱金属或镁、铝还原为单体硼。
三氧化二硼可以溶解于酸、乙醇和热水，微溶于冷水。它可以与若干金属化合成具有特征颜色的硼玻璃，并且可以与碱、金属铜、银、铝、砷、锡的氧化物完全混溶。它的密度取决于结晶型或无定型，熔点为557℃。它也能溶解于酒精。
在温度较低时，H3BO3脱水可以得到三氧化二硼晶体。此晶体含有BO4四面体结构单元，密度为1.805g/cm3，熔点为450℃。玻璃状氧化硼的密度为1.795g/cm3，温度升高时逐渐软化，当到达赤热高温时即成为液态，沸点在1500℃。硼与氧直接化合也可以得到B2O3。
三氧化二硼可以溶解许多碱性的金属氧化物，生成有特征颜色的玻璃状硼酸盐和偏硼酸盐（玻璃）。这是硼砂珠试验定性鉴别金属的原理。
氧化硼可以被碱金属、铝和镁还原为单质硼。反应后用盐酸处理反应混合物，MgO、B2O3和Mg溶于盐酸，过滤后得到粗硼。氧化硼在高温时不能为碳还原（高温下可以形成碳化硼）。高温下氧化硼与碳和氯气反应，可以得到三氯化硼。
600°C时，氧化硼与氨反应可以得到氮化硼（BN），与氢化钙反应则得到六硼化钙（CaB6）。
氧化硼是硼酸的酸酐，溶于水时会放出大量热生成偏硼酸和硼酸。
1
