Bawełna charakteryzuje się dużą wytrzymałością na rozciąganie, przy czym wytrzymałość bawełny w stanie mokrym jest większa niż w stanie suchym. Wydłużenie względne włókien w stanie suchym przy rozciąganiu jest niewielkie i wynosi 3 – 11 % długości początkowej. W stanie mokrym wydłużenie włókien zwiększa się. Sprężystość włókien bawełny jest zróżnicowana i zależy od gatunku. Tkaniny z wysokogatunkowych włókien są bardziej odporne na mięcie, z gorszych gatunków zaś gniotą się bardziej.
A Istotnymi właściwościami bawełny są jej izolacyjność cieplna i higroskopijność włókien. Włókna bawełny w stanie rozluźnionym wykazują dobrą izolacyjność cieplną, jednakże w czasie użytkowania jej właściwości izolacyjne ulegają znacznemu pogorszeniu. Włókna bawełny i wykonane z niej tkaniny o puszystej powierzchni są „ciepłe” w dotyku. W normalnych warunkach klimatycznych, tzn. w temperaturze 20±2°C i wilgotności względnej 65 ±2%, bawełna zawiera ok. 7,5% wilgoci. Przy zwiększonej wilgotności powietrza może wchłonąć do 25% wody, nie sprawiając wrażenia, że jest mokra. Właściwość ta spowodowała, że bawełnę stosuje się chętnie jako materiał na bieliznę oraz inne wyroby odzieżowe, których wykorzystanie wiąże się z bezpośrednim kontaktem z ciałem człowieka. Dzięki dobrej higroskopijności bawełna łatwo przyjmuje barwniki oraz z wyrobów bawełnianych łatwo usunąć brud podczas prania w wodzie.
Skład chemiczny bawełny jest następujący: celuloza ok. 91% (nawet do 97%), woda ok. 8%, ciała białkowe i tłuszcze ok. 1% oraz popiół ok. 0,2%. Bawełna jest więc typowym włóknem celulozowym. Spala się szybko jasnym płomieniem, wydzielając podczas spalania zapach przypominający palony papier i pozostawiając niewielką ilość szarego popiołu.
Włókna bawełny rozpuszczają się dobrze w stężonym kwasie siarkowym (VI), natomiast nie ulegają rozpuszczeniu w wodnym roztworze wodorotlenku sodu, zwyczajowo zwanym ługiem sodowym. Ług sodowy wywołuje jednak pęcznienie włókien bawełny, w wyniku którego płaskie i skręcone włókno zmienia się na okrągłe, powodując przy tym rozpuszczenie nabłonka i odsłaniając połyskującą powierzchnię włókna. Wymienioną właściwość oraz metodę modyfikacji włókna wykorzystano w procesie przemysłowym. Czynność traktowania bawełny ługiem sodowym nazywa się merceryzacją, a uzyskane włókna — merceryzowanymi. Włókna merceryzowane są bardziej wytrzymałe (wytrzymałość ich wzrasta od 20 do 80%), jednocześnie w czasie tego procesu ulegają kurczeniu (15-30%). Włókno staje się gładkie, o jedwabistym połysku, zwiększa się przy tym również zdolność do barwienia. Uzyskiwany efekt merceryzacji jest trwały i nie zanika w użytkowaniu. Merceryzacji poddaje się nitki, przędze i tkaniny.
Włókno bawełniane daje się łatwo wybielać w efekcie utleniającego działania związków chloru, dzięki czemu wyroby z bawełny mogą uzyskiwać czysty i estetyczny wygląd. Jednakże nadmierne stosowanie utleniających środków wybielających może powodować osłabienie włókna.
Włókna bawełny i wyroby bawełniane są miłe w dotyku i miękkie. Największą ilość bawełny przerabia się na tkaniny odzieżowe, bieliźniane i pościelowe. Z bawełny wyrabia się również dzianiny, zwłaszcza bieliźniane, nici do szycia i haftu, tasiemki, koronki itp. Wytwarza się z niej również materiały opatrunkowe, np. watę i gazę lekarską, a także materiały techniczne. Włókna bawełny można łączyć z włóknami chemicznymi w procesach wytwarzania tkanin, uzyskując materiały zwane bawełnopodobnymi.