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일반적으로 지방산은 짝수 개의 탄소원자와, 사슬의 길이를 따라 각 탄소원자에 결합된 수소원자, 그리고 사슬의 한쪽 끝은 사슬과 결합되어 있으며, 나머지 끝은 지방산이 산성(카복실산)을 띠게 하는 카복실기(－COOH)로 이루어진 곧은 사슬 화합물이다.

탄소-탄소 결합이 모두 단일결합인 화합물은 포화지방산, 이중결합 또는 삼중결합을 가진 화합물은 불포화지방산으로 포화지방산보다 반응성이 크다. 몇몇 지방산은 가지가 있는 사슬 형태를 보이며, 또 어떤 것은 고리 구조(예를 들면 프로스타글란딘)를 보이기도 한다. 지방산은 천연에서 유리 상태로 존재하지 않으며, 보통 알코올인 글리세롤과 결합한 트리글리세리드의 형태로 존재한다.

가장 널리 분포되어 있는 지방산은 올레산으로, 식물성기름(예를 들면 올리브씨·야자씨·땅콩씨·해바라기씨 등)에 풍부하며 체내 지방의 약 46％를 차지한다. 대부분의 동물은 한 가지 이상의 지방산을 합성할 수 없으며, 반드시 식품으로 섭취해야 한다. 이런 종류의 유도 지방산으로는 리놀레산과 리놀렌산이 있다. 이 두 지방산과 때때로 아라키돈산은 리놀렌산으로부터 합성할 수 있는데, 모든 포유류에게 필요하므로 이러한 지방산을 필수지방산이라고 한다. 비누는 지방산의 소듐염 또는 포타슘염이다.