离子脂质分子在结构上由四个部分组成：一个或多个阳离子头部（head）、连接链（spacer）、连接键（linker bond）和疏水烃尾（hydrophobic tail）。
阳离子脂质的头部大都包含胺类基团（除一种脂质含脒基外），从简单的氨基到被甲基基团取代的季铵盐。
常见的阳离子纳米脂质体的疏水烃尾主要有脂肪烃基链和胆固醇环。脂肪烃基链的碳原子数通常为12至18个，以达到在生理温度下为脂双层提供足够的流动性，又能使脂双层膜维持一定的刚性，以便为阳离子纳米脂质体在体内的脂质融合创造条件。对以脂肪链为尾部的脂质体，碳链加长会导致转染效率降低，但在链内引入不饱和键可提高效率。将胆固醇用作疏水烃尾，效果常常优于脂肪链，因为由它参与形成的双分子层结构更稳定。
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