Кристаллы белого фосфора состоят из молекул, каждая из которых представляет собой молекулу P₄ — тетраэдрические молекулы, состоящие из четырех атомов фосфора, связанных между собой ковалентными связями.
Кристаллы красного фосфора образуются в результате полиморфной модификации белого фосфора и состоят из огромного числа молекул, связанных слабее, а иногда и в виде аморфной структуры или кристаллов, где атомы фосфора образуют длинные цепи или сложные сетевые структуры, в результате чего свойства красного фосфора существенно отличаются от белого. В отличие от белого фосфора, молекулярная структура для красного фосфора менее определена и может представлять собой полимеры или аморфные соединения с различной структурной организацией.