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Bitumen besteht ausschließlich aus hochmolekularen Kohlenwasserstoffen. Diese Zusammensetzung macht das Erdölprodukt praktisch unlöslich in Wasser und wasserundurchlässig. Somit bieten die chemischen Eigenschaften von Bitumen die besten Voraussetzungen, überall dort eingesetzt zu werden, wo empfindliche Stoffe und Bauteile gegen Wasser geschützt werden müssen.

Theoretisch kann Bitumen nur in zwei Fällen Wasser aufnehmen: in direkter Berührung mit gesättigtem Wasserdampf und durch Osmosevorgänge. Forschungen haben jedoch gezeigt, dass sich Wassereinwirkungen auch nach Jahren nur an der Oberfläche nachweisen lassen. Grund ist die Reaktionsträgheit, die Bitumen auch gegenüber anderen chemischen Substanzen wie Salzen, Mineralsäuren und Alkalien zeigen. Verglichen mit anderen organischen Stoffen oxidiert die Bitumenoberfläche unter Einfluss von Licht und Sauerstoff kaum und nur sehr langsam. Zwangsläufig empfindlich ist Bitumen jedoch gegenüber ähnlichen Kohlenwasserstoffen wie z.B. Benzin und Öl. Physikalisch gesehen zählt Bitumen zu den thermoplastischen Stoffen, deren Eigenschaften temperaturabhängig sind. Kühlt man sie ab, werden sie spröde. Erwärmt man sie, durchlaufen sie stufenlos alle Zustände von fest über zähflüssig bis dünnflüssig.

Für die Untersuchung von Bitumen werden besondere Prüfverfahren angewendet, bei denen der Zähigkeitsgrad ermittelt wird (siehe Beitrag „Bitumenprüfverfahren“).

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