構成棉纖維的基本組成物質是纖維素，它是多糖類物質，分子式為（C6 H10 O5）no通常認為纖維素是由B－d葡萄糖基通過1，4－甙鍵連接起來的，它的結構式銅陵下頁式。式中n為聚合度。棉纖維的聚合度較大，約10000左右，由于纖維素分子中相鄰葡萄糖基互相倒置的，因此分子的單元結構不是葡萄糖，而是纖維雙糖。
纖維素分子中含有大量羥基，因此它具有醇羥基顯示的特性。它的分子未端有一個潛在醛基，因此纖維素應具有一定不還原性，但因分子鏈長，故端基很少，所以不太明顯。當纖維素聚合度下降時，還原性就明顯地顯示出來。
成熟棉纖維中除纖維素外，還具有少量其它共生物，它們含量隨纖維品種和成熟不同而各異。經分析，成熟棉纖維中各種共生物的含量如下：
蠟狀物質 0.5%～0.6%
果膠物質 0.9%～1.0%
含氮物質 0.2% ～0.44%
灰 分 1%左右
除上述共生物外，棉織物中含有不同數量的棉籽殼，它是軋花殘留下的棉籽碎片。因為棉籽殼和其它共生物一樣，也屬于一種雜質，所以通常也把它列入纖維素共生物中。
