单质硫的同素异形体很多，据报导已接近50种，最常见的是斜方晶硫(也称菱形硫、a-硫，相对密度为2.06，熔点为385.8K)和单斜晶硫(也称β-硫,相对密度为1.99，熔点392K)，如下图所示。这两种晶态硫在369K时发生转变。 

根据分子量测定，斜方晶硫和单斜晶硫的分子都是由8个硫原子组成的环状结构，每个硫原子采取不等性sp3杂化并形成两个共价单键。 
把单质硫加热到433K以上，S8环形分子破裂变成开链状的线形分子，并且聚合成更长链的大分子，粘度增高，颜色变暗红，约在503K将这种液态硫急速倾入冷水中，纠缠在一起的长链硫被固定下来，成为可以拉伸的弹性硫(Sμ)。经放置，无定形的弹性硫逐渐变成晶状硫。弹性硫与晶状硫不同点在于后者能完全溶于二硫化碳而前者仅部分溶解；若继续加热到563K以上，长硫链的大分子就断裂成短链的小分子，如S6、S3、S2等，粘度重新降低，流动性加大。到717.6K时，硫就变成了蒸气。