El quitosano es fundamentalmente un polímero natural derivado de la quitina. La quitina es un componente estructural importante que se encuentra en el exoesqueleto de crustáceos (como gambas, langostas y cangrejos), insectos y en las paredes celulares de hongos y levaduras. Se considera el segundo polisacárido más abundante en la naturaleza, después de la celulosa.
El quitosano se obtiene mediante la desacetilación de la quitina. Este proceso suele implicar el tratamiento con álcali caliente, específicamente métodos enzimáticos. La quitina se considera un polímero de glucosamina y N-acetilglucosamina en el que las unidades desacetiladas se encuentran en una proporción menor. El quitosano, por el contrario, es donde las unidades desacetiladas están en mayor proporción o su distribución permite la disolución en soluciones acuosas ácidas diluidas. La quitina tiene un alto contenido en acetilo y es hidrófoba, mientras que la desacetilación en quitosano hace que sea más "amigable con el agua y los disolventes orgánicos".
Químicamente, el quitosano es un polisacárido lineal compuesto de unidades β-(1-4) D-glucosamina y N-acetil-D-glucosamina enlazadas. Una característica clave de su estructura química es la presencia predominante de unidades con grupos amino. Estos grupos amino están situados en la posición C-2 de las unidades de glucosamina. La molécula también posee grupos hidroxilo en las posiciones C-6 (primaria) y C-3 (secundaria). Estos grupos funcionales, en particular los grupos amino libres, hacen que el quitosano sea más reactivo que la quitina y esté disponible para las reacciones químicas y la formación de sales con ácidos.
Dos de los parámetros más importantes que caracterizan al quitosano e influyen significativamente en sus propiedades físicas, químicas y biológicas son el grado de desacetilación (DD) y el peso molecular (MW).