烯醇式互变异构，在水溶液中发生电离。故巴比妥类药物呈弱酸性，p"K"为7.3至8.4。二酰亚胺基团在碱性条件下水解，释放出氨气。巴比妥钠盐在吸湿的情况下也会水解。
重金属反应.巴比妥类药物六元环中的丙二酰脲或酰亚胺基团可与部分重金属离子发生颜色反应。巴比妥类药物的钠盐可与硝酸银反应，先生成可溶的一银盐。若硝酸银过量，则生成难溶的二银盐白色沉淀。巴比妥类药物在吡啶溶液中生成的烯醇式异构体可与铜吡啶试剂反应，生成稳定的配位化合物。一般的巴比妥类药物出现紫堇色或紫色沉淀，含硫巴比妥类