A estrutura das penicilinas caracteriza-se pela presença de um anel β-lactâmico. As estruturas básicas das penicilinas contêm todas um núcleo parental (ácido 6-aminopenicilânico, 6-APA) e uma cadeia lateral (CO-R). O núcleo parental é o principal componente antimicrobiano, sintetizado a partir do anel tiazólico e do anel β-lactâmico, e se o anel β-lactâmico for destruído, a sua atividade antimicrobiana desaparece. A cadeia lateral, por outro lado, está principalmente relacionada com o seu espetro antibacteriano, se é resistente a ácidos, se é resistente a enzimas e outras propriedades farmacológicas. Entre as penicilinas, com exceção da penicilina G, que é uma penicilina natural, as restantes são penicilinas semi-sintéticas. A cadeia lateral da penicilina G é benzílica e outros antibióticos penicilínicos, como a ampicilina, são obtidos através da substituição do hidrogénio do grupo benzílico da penicilina por um grupo amino. A amoxicilina, ou hidroxiaminopenicilina, é uma para-hidroxiaminopenicilina. A utilização de penicilinas deve ser efectuada sob a supervisão de um profissional de saúde.