El glicoluril té la fórmula molecular C₄H₆N₄O₂ i un pes molecular de només 142 daltons. De petita grandària, però està "totalment equipat". El seu esquelet consta de dos anells d'imidazolidinona fusionats, i el seu nom complet i sistemàtic és bastant boig: tetrahidroimidazo[4,5-d]imidazol{-2,5-(1H,3H)-diona. En termes senzills, és com una estructura bicíclica teixida de manera complexa a partir de carboni, nitrogen i oxigen, amb dos grups d'amides a cada costat, actuant com a donants de protons i acceptors de protons.
És precisament aquest "doble caràcter" el que dota al glicoluril d'una afinitat química extraordinària. Pot generar fortes interaccions intermoleculars amb soluts a través de múltiples enllaços d'hidrogen, com un "dispositiu d'encaix molecular" en miniatura, proporcionant punts d'ancoratge naturals per a modificacions funcionals posteriors. Pel que fa a les propietats físiques, el glicoluril té un punt de fusió superior als 300 graus i presenta una excel·lent estabilitat tèrmica. La seva solubilitat en aigua a temperatura ambient és només d'uns 1,8 g/L, el que el converteix en un "reproductor poc soluble" típic. Tot i que aquesta característica pot semblar una debilitat, en realitat fa que el glicoluril sigui una opció excel·lent per preparar fases estacionàries per a cromatografia de gasos - alta estabilitat tèrmica, rendiment estable de columna i bona capacitat de separació per a una àmplia gamma de compostos orgànics com alcans, aromàtics, alcohols i èsters. És particularment hàbil per distingir isòmers posicionals, actuant com a "mestre d'autenticació" amagat dins d'una columna cromatogràfica.