嗜冷酶分子結構一般具有如下一些特征:1、與蛋白構象穩定性有關的分子內靜電弱相互作用減小；2、蛋白核心區域疏水作用下降；3、溶劑相互作用及表面親水性升高；4、具有獨特性質的環狀結構的插入/刪除、與二級結構有關的環狀結構或轉角中脯氨酸的減少；5、蛋白功能域附近甘氨酸的堆積；6、精氨酸含量減少；7、靠近活性位點關鍵區域氨基酸的取代；8、離子束縛作用( ion binding) 減弱；9、蛋白質折疊。
物質的結構決定其功能與性質,嗜冷酶的耐冷性肯定與結構的變化有內在的聯系。
嗜冷酶大部分具有以下酶學特征：1、在低溫下具有較高的催化效率。這是嗜冷酶的基本特征。與同類中溫酶相比，嗜冷酶在低溫下的酶活性要高出數倍甚至十幾倍，如在4℃時嗜冷酶比中溫酶的轉換數(kcat) 高33倍。但是，嗜冷酶對低溫的適應還不徹底，這表現在嗜冷酶雖然在低溫下具有較高的酶活性，但仍然低于同類中溫酶在37℃下的酶活性；2、具有較低的最適催化溫度。由于嗜冷酶對熱敏感，其最適催化溫度一般都比同類中溫酶和高溫酶明顯低；3、具有較高的熱敏感性。嗜冷酶只能在相對低的溫度下保持高催化效率，溫度稍高即很快失活，表現出很高的熱敏感性，如海產弧菌細胞中的蘋果酸脫氫酶于30℃處理10min 酶活力完全喪失。丙酮酸脫羧酶在35℃處理30min, 酶活力損失90%。嗜冷酶的熱變性溫度均比同類中溫酶低15～20℃。
嗜冷酶的特殊性質使其在工業生產應用中具有一些優勢: 低溫下催化反應可防止污染( 同源的嗜溫酶不活潑)；經過溫和的熱處理即可使嗜冷酶的活力喪失, 而低溫或適溫處理不會影響產品的品質等。