分布于流感病毒包膜表面的神經氨酸酶是一個四聚體，由四個結構完全相同的單體亞基組合而成，其中每兩個亞基通過一個二硫鍵相互鏈接，每兩對單體即四個單體組成一個四聚體。每一個單體由球形的頭部和細長的頸部兩部分組成，頭部是神經氨酸酶的活性部位，頸部則負責將蛋白錨定在病毒包膜表面。四聚體蛋白通過纖細的頸部與包膜連接，形狀猶如蘑菇。
1983年人們通過X射線衍射實驗測定了神經氨酸酶頭部的三級結構。實驗測定結構顯示，神經氨酸酶的活性頭部是由六個β片層圍繞成的桶狀結構，桶狀結構的內部是該酶的催化中心。實驗顯示，在所有亞型甲型流感病毒和乙型流感病毒表面分布的神經氨酸酶之間，一級結構即氨基酸序列的同源性并不高，僅有30%的氨基酸殘基是同源的，但是亞基催化中心的附近的一段10余個殘基組成的序列卻高度保守。
神經氨酸酶由病毒RNA第六節段編碼，在每粒流感病毒表面分布大約100個。