قیر مخلوط پیچیده ای از هیدروکربن های سنگین و مواد غیر هیدروکربنی شامل آسفالتن ها، رزین ها، آروماتیک ها و پارافین ها است. سه نوع هیدروکربن موجود در قیر: پارافین، نفتنیک و آروماتیک و مواد غیر هیدروکربنی قیر اتم های هیتروسیکلیک شامل سولفور، نیتروژن و اکسیژن هستند. آنالیزهای ارائه شده توسط تولید کنندگان قیر نشان می دهد بیشتر قیرها شامل اجزاء زیر هستند:
کربن 82 تا 85 درصد، هیدروژن 8 تا 11 درصد، اکسیژن 0 تا1.5 درصد، سولفور 0 تا 6 درصد و نیتروژن 0 تا یک درصد.
مقداری از فلزات آهن، نیکل، وانادیم، کلسیم، منگنز و کرم در قیر یافت می شود. از نظر شیمایی آسفالتن ها سیستم های چندلایه شامل بلوک های گوناگون فراوان است. ابتدا در سال 1933 پیشنهاد شد که آسفالتن ها دارای هسته های گرافیتی ریز هستند.
اما در سال 1940 پیشنهاد شد که آسفالتن ها مواد با وزن مولکولی بالا و یک ساختار آروماتیک است. بعدها خواص شیمایی بیشتری از آسفالتن ها مطرح شد. یک مولکول آسفالتن معمولی شامل یک صفحه از سیستم آروماتیک متراکم است که ممکن است بوسیله سولفور، اتر یا زنجیر آلیفاتیک به هم متصل شده باشند.
گپ ها و حفره های سیستم آروماتیک با اتم های هتروسیکل بوسیله فلزات سنگین مانند وانادیم، نیکل و آهن کوئوردینه شده است. صفحه های صاف که بوسیله برهمکنش π – π جمع شده اند در بالا قرار دارند.
طبیعت مواد آروماتیک و آلیفاتیک در قیر بوسیله طیف سنجی مغناطیس هسته بررسی می شود؛ و دو خاصیت عمده قیر ضد آب بودن قیر و خاصیت چسبندگی قیر است. اگر خاصیت چسبندگی قیر از بین برود باعث خراب شدن روکش آسفالت جاده ها خواهد شد. طبیعت شیمایی چسبندگی قیر و درنتیجه چسبندگی قیر و مواد معدنی بوسیله ترکیب شیمایی قیر (رزین ها، آروماتیک ها و مواد اشباع) و غلظت ترکیبات قطبی تعیین می شود که بوسیله آب تخریب نمی شوند.
