Štruktúru molekuly C60 môžeme v submikropickom meradle stotožniť presne s modelom futbalovej lopty. Je to symetrická molekula takmer dokonale guľovitého dutého tvaru s priemerom približne 0,7 nm, na povrchu ktorej je umiestnených dvanásť päťuholníkov a dvadsať šesťuholníkov. Rovnocenné atómy uhlíka molekuly C60 sa vyznačujú trigonálou sp2 hybridizáciou. Päťuholníky sú tvorené jednoduchými kovalentnými väzbami, šesťuholníky tvorí systém alternujúcich jednoduchých a dvojitých väzieb, čím štruktúrne pripomína viacjadrové aromatické uhľovodíky. V molekule C60 je celkom 90 väzieb medzi atómmi uhlíka, z toho je 30 dvojitých a 60 jednoduchých väzieb.

Chemické vlastnosti fullerenu možno posudzovať podľa vznikajúcich produktov a to podľa polohy atakujúceho atómu vzhľadom k skeletu molekuly fullerenu. Chemickými reakciami môžu vznikať tri typy zlúčenín: endohedrálne (atóm je vo vnútri molekuly), exohedrálne (atóm je na povrchu molekuly), alebo zlúčeniny, v ktorých je substituovaný niektorý z atómov uhlíka skeletu iným atómom, pričom pre takúto substitúciu prichádzajú do úvahy len atómy bóru a dusíka. Pre svoju rozmanitosť a jednoduchosť realizácie je najznámejšia chemická reaktivita fullerenu, ktorá vedie ku vzniku exohedrálnych zlúčenín. Chemická reaktivita fullerenu by formálne mala zodpovedať, alebo byť aspoň blízka chemickej reaktivite arénov. V molekule sú však nehybridované p-orbitály atómov uhlíka situované kolmo na guľový povrch, čo obmedzuje ich prekryv a neumožňuje úplnú delokalizáciu π – elektrónov. Dôsledkom toho je rozdielnosť medzijadrových vzdialeností medzi jednotlivými atómami uhlíka, ale predovšetkým rozdielnosť v chemických vlastnostiach fullerenov, ktoré sa podobajú skôr alkénom ako arénom. Reaktivita fullerenu súvisí predovšetkým s vnútorným pnutím v molekule ktoré je spôsobené neplanárnym usporiadaným hybridných sp2 orbitálov atómov uhlíka.

Pri reakcii fullerenu C60 s vodíkom vznikajú fullerany. Katalytickou hydrogenáciou C60 väčšinou vzniká zmes látok s fulleranom C60H36 ako hlavným produktom. Reakcia fullerenu s manganistanom draselným, známa pod názvom Bayerova skúška sa používa na dôkaz dvojitej väzby v alkénoch.
Z chemických reakcií fullerenu C60 hrá, najmä vzhľadom na využitie fullerenov, významnú úlohu polymerizácia ktorá nachádza svoje využite predovšetkým pri procese sieťovania fullerenov v litografii. Vlastnosti fullerenu ako akceptora elektrónov sa prejavujú aj pri tvorbe komplexov so zlúčeninami, ktoré majú charakter donorov elektrónov. Známe sú aj reakcie, predovšetkým s alkalickými kovmi, za vzniku produktov typu organokovových zlúčenín:

nMe
C60 → MenC60

Molekula fullerenu C60 môže byť súčasťou koordinačných zlúčenín napr. platiny, irídia alebo ródia.
Fyzikálne vlastnosti fullerenu C60 možno posudzovať z hľadiska anorganickej aj organickej chémie, kým chemické vlastnosti predovšetkým z hľadiska oragnicekej chémie. Fulleren je anorganická látka, poskytuje však reakcie typické pre organické zlúčeniny. Z hľadiska fyzikálnych vlastností je zaujímavé porovnanie fullernenu s ostatnými modifikáciami uhlíka. Možno sa tu stretnúť s mnohými paradoxnými javmi, ako sú napríklad ich rozdielna rozpustnosť, (jedine fulleren je rozpustný v nepolárnych organických rozpúšťadlách), podobná štruktúra fullerenu s diamantom (kubická), ale napriek tomu jeho podstatne väčšia mäkkosť oproti veľmi tvrdému diamantu, nízka elektrická vodivosť fullerenu na rozdiel od vysokej elektrickej vodivosti grafitu a pod.

Objav C60 sa hodnotí ako jeden z prvých krokov novej chémie.