เคซีนมีกรดอะมิโนแบบ proline เป็นจำนวนมาก แม้ว่ากรดอะมิโนจะไม่มีปฏิสัมพันธ์ต่อกันและกันและไม่มีแม้แต่พันธะโคเวเลนต์ประเภท disulfide และดังนั้นจึงมีโครงสร้างโปรตีนแบบตติยภูมิ (tertiary structure) ที่น้อยมากเป็นโมเลกุลที่ไม่ถูกกับน้ำ ดังนั้นจึงไม่ค่อยละลายน้ำ มักจะพบเป็นสารแขวนลอยอยู่ในน้ำรวมกันเป็นกลุ่มกลม ๆ เหมือนลูกบอล (casein micelles) โดยมีส่วนที่ไม่ถูกกับน้ำอยู่รอบนอกแต่ว่า ส่วนที่อยู่ด้านในของลูกบอลนั้นกลับชุ่มน้ำเมื่อเปรียบเทียบกับลูกบอลที่เกิดจากสารลดแรงตึงผิวประเภทอื่น ๆส่วนเคซีนที่อยู่ในลูกบอลมีการยึดไว้ด้วยกันโดยไอออนของแคลเซียม และแรงปฏิสัมพันธ์สืบเนื่องจากสภาพกลัวน้ำ (hydrophobic interaction)มีแบบจำลองทางโมเลกุล (molecular model) หลายอย่างที่สามารถอธิบายการรวมตัวกันของเคซีนเป็นลูกบอลได้[7] (คือยังไม่ชัดเจนว่าแบบไหนกันแน่)โดยมีแบบหนึ่งที่เสนอว่า นิวเคลียสของลูกบอลประกอบด้วยลูกบอลเล็ก ๆ ของเคซีนหลายลูก และส่วนรอบนอกเป็นเคซีนแบบ κ[8][9][10] อีกรูปแบบหนึ่งเสนอว่า นิวเคลียสของลูกบอลประกอบด้วยใยที่เป็นเคซีนต่อ ๆ กัน[11] และแบบล่าสุดเสนอว่า มีพันธะคู่ระหว่างเคซีนจึงทำให้กลายเป็นเจลได้[12]ทั้งสามแบบจำลองพิจารณาลูกบอล (micelle) เช่นนี้ว่าเป็นอนุภาคคอลลอยด์เกิดจากการรวมตัวกันของเคซีนที่ล้อมด้วยเคซีนแบบ κ ซึ่งละลายน้ำได้

จุดไฟฟ้าเสมอ (จุดไอโซอิเล็กทริก) ของเคซีนอยู่ที่ 4.6[13]เนื่องจากค่า pH ของนมอยู่ที่ 6.6 เคซีนจึงมีประจุไฟฟ้าลบในนมเคซีนบริสุทธิ์ในน้ำจึงไม่ละลายน้ำและก็ไม่ละลายด้วยถ้าอยู่ในน้ำเกลือที่เป็นกลางแต่จะละลายในสารละลายที่มีสภาพเป็นด่าง หรือในน้ำเกลือบางประเภทเช่นโซเดียมออกซาเลต (sodium oxalate) หรือโซเดียมแอซิเตต (sodium acetate)

ในกระบวนการแยกสลายเคซีนด้วยน้ำ สามารถใช้เอนไซม์ทริปซินยึดเอา peptone ซึ่งประกอบด้วยฟอสเฟต ออกจากเคซีนซึ่งสามารถใช้เป็นกาวอินทรีย์ได้[14]