253 มาทิลเด เป็นดาวเคราะห์ที่มืดมาก ได้มีการจัดระดับความสว่างไว้ว่าอยู่ในระดับเดียวกับยางมะตอยดิบ[11] ส่วนประกอบหลักของดาวประกอบด้วยสารจำพวกคาร์บอนนาเคียสคอนไดรต์ และพื้นผิวของดาวส่วนใหญ่เป็นแร่ธาตุจำพวกซิลิเกต[12] นอกจากนี้ บนพื้นผิวดาวยังมีหลุมอุกกาบาตขนาดใหญ่จำนวนมาก ชื่อของแต่ละหลุมจะตั้งชื่อตามเขตถ่านหินต่าง ๆ บนโลก[13] หลุมอุกกาบาตที่ใหญ่ที่สุดสองหลุมมีขนาดใกล้เคียงกับรัศมีของดาว[3] ได้แก่ อิชิกะริ ซึ่งมีขนาด 29.3 กิโลเมตร และการู ซึ่งมีขนาด 33.4 กิโลเมตร การตกกระทบดังกล่าวดูเหมือนจะทำให้ปริมาตรขนาดใหญ่ของ 253 มาทิลเดหลุดหายไป โดยดูจากขอบระยะเชิงมุมของหลุมอุกกาบาตเหล่านี้[9] จากการสังเกตพื้นผิวภายในหลุม พบมีว่าความสว่างและสีของหลุมอุกกาบาตใกล้เคียงกับพื้นผิวของดาว และไม่ปรากฏว่าพื้นผิวมีการแยกออกเป็นชั้น ๆ แต่อย่างใด จึงคาดว่าส่วนประกอบของ 253 มาทิลเด มีลักษณะเป็นเนื้อเดียวกัน มีข้อบ่งชี้ว่ามีการเคลื่อนของวัตถุทางตางลาด[3]

จากการวัดความหนาแน่นโดยยานเนียร์ชูเมกเกอร์ พบว่า 253 มาทิลเด มีความหนาแน่นประมาณ 1,300 กิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตร ซึ่งต่ำกว่าครึ่งหนึ่งของความหนาแน่นของคาร์บอนนาเคียสคอนไดรต์ทั่วไป แสดงให้เห็นว่าภายในประกอบด้วยกองหินที่รวมตัวกันอย่างหลวม ๆ[4] ในภายหลังได้มีการศึกษาด้วยกล้องโทรทรรศน์ที่ติดตั้งระบบเลนส์ปรับค่าว่าภายในของดาวเคราะห์น้อยประเภท C จำนวนมากก็มีลักษณะเป็นเช่นนี้ (เช่น 45 ยูจีเนีย 90 แอนไทโอปี 87 ซิลเวีย และ 121 เฮอร์ไมโอนี) ปริมาตรภายในของ 253 มาทิลเดกว่าร้อยละ 50 เป็นอวกาศ อย่างไรก็ตาม แนวหน้าผายาว 20 กิโลเมตรได้แสดงให้เห็นว่าดาวมีโครงสร้างเป็นวัตถุแข็ง จึงอาจมีส่วนประกอบขนาดใหญ่อยู่ภายในดาวด้วย[10] ความหนาแน่นภายในที่ต่ำเป็นตัวส่งคลื่นการกระแทกที่เลวตลอดพื้นผิวของดาวเคราะห์น้อย ซึ่งช่วยรักษาลักษณะภูมิประเทศให้อยู่ในระดับสูง[3]

วงโคจรของ 253 มาทิลเดมีความเยื้อง ทำให้ดาวเคราะห์น้อยดวงนี้โคจรไปอยู่บริเวณขอบนอกของแถบดาวเคราะห์น้อย อย่างไรก็ตาม วงโคจรของ 253 มาทิลเด อยู่ระหว่างวงโคจรของดาวอังคารและดาวพฤหัสบดี ซึ่งไม่ตัดผ่านวงโคจรของดาวเคราะห์ดวงใดเลย 253 มาทิลเด เป็นดาวเคราห์น้อยที่มีอัตราการหมุนรอบตัวเองช้าที่สุดดวงหนึ่งเท่าที่มีการค้นพบ คือประมาณ 17.4 วัน ในขณะที่ดาวเคราะห์น้อยทั่วไปใช้เวลาประมาณ 2-24 ชั่วโมง[14] และเนื่องจากการมีอัตราการหมุนรอบตัวเองที่ช้ามากนี้ จึงทำให้ยานเนียร์ชูเมกเกอร์ สามารถถ่ายภาพพื้นผิวของดาวได้เพียง 60% สาเหตุของการมีอัตราการหมุนรอบตัวเองที่ช้ามากอาจมาจากการมีดาวบริวารโคจรรอบดาวเคราะห์น้อยดวงนี้อยู่ แต่จากการสำรวจของยานเนียร์ชูเมกเกอร์ ไม่พบวัตถุที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่กว่า 10 กิโลเมตร ในบริเวณรอบดาวเคราะห์น้อยดวงนี้เป็นระยะ 20 เท่าของรัศมีดาว[15]