四環素類抗生素在趕早狀態下比較穩定，但遇日光可變色。在酸及堿性條件下都不夠穩定，易發生水解。四環素類藥物主要有以下化學性質：
1.酸性條件下不穩定：C-6羥基和C-5α上的氫正好處於反式構型易發生消除反應，生成無活性橙黃色脫水物。
在pH2～6條件下C-4位二甲氨基很易發生可逆反應的差向異構化。土黴素由於存在C-5羥基與C-4二甲氨基之間形成氫鍵，4位的差向異構化比四環素難。而金黴素由於C-7氯原子的空間排斥作用，使4位異構化反應比四環素更容易發生。
2.堿性條件下不穩定：在堿性條件下生成具有內酯結構的異構體。
3.和金屬離子的反應：在近中性條件下能與多種金屬離子形成不溶性螯合物。這不僅給臨床使用制成合適的溶液帶來不便，而且還會幹擾口服時的血藥濃度。由於四環素類能合鈣離子形成絡合物，在體內，在體內該絡合物呈黃色沈積在骨骼和牙齒上，對小兒服用會發生牙齒變黃，孕婦服用後其產兒可能發生牙齒變色、骨骼生長抑制。因此對小兒和孕婦應慎用或禁用。