Základnou zložkou xantánovej gumy je xantánový polysacharidový reťazec-prírodný polysacharid zložený z opakujúcich sa pentasacharidových jednotiek. Polysacharidový hlavný reťazec pozostáva predovšetkým z glukózy, zatiaľ čo bočné reťazce odbočujúce od hlavného reťazca obsahujú manózu a kyselinu glukurónovú. Glukóza poskytuje štrukturálnu stabilitu a tvorí základnú kostru, zatiaľ čo bočné reťazce tvorené manózou a kyselinou glukurónovou nielen posilňujú trojrozmernú priestorovú štruktúru molekuly, ale tiež dodávajú xantánovej gume silnú rozpustnosť vo vode a koloidné vlastnosti. Je to práve táto jedinečná polysacharidová štruktúra, ktorá umožňuje xantánovej gume vytvárať vysokú viskozitu aj pri nízkych koncentráciách a vykazovať vynikajúcu stabilitu.
Zvyšky kyseliny glukurónovej v xantánových polysacharidových reťazcoch obsahujú karboxylové skupiny; počas spracovania môžu tieto karboxylové skupiny vytvárať soli s kovovými iónmi -ako je sodík, draslík alebo vápnik-, čím vzniká xantánová guma. Tieto karboxylátové skupiny sú hlavným dôvodom, prečo sa xantánová guma rozpúšťa vo vode a vytvára koloidné disperzie. Prepožičiavajú xantánovej gume odolnosť voči kyselinám, zásadám, soliam a teplu a zároveň spôsobujú, že jej roztoky vykazujú odlišné ne-newtonovské správanie tekutín. Okrem toho úpravou typu a pomeru rôznych použitých kovových iónov možno prispôsobiť viskozitu a reologické vlastnosti xantánovej gumy tak, aby spĺňali špecifické požiadavky rôznych priemyselných odvetví.
Okrem primárnych polysacharidových reťazcov a karboxylátových skupín môže xantánová guma obsahovať aj stopové množstvá zvyškových cukrov, proteínov alebo anorganických solí; tieto minoritné zložky typicky pochádzajú z mikrobiálnych fermentačných alebo purifikačných procesov. Hoci sú tieto stopové zložky prítomné v extrémne nízkych koncentráciách, môžu v určitých aplikáciách mierne ovplyvniť viskozitu alebo stabilitu výsledného roztoku.
