三氧化鎢的性質隨制備條件的不同（速率和溫度）而不同：低溫下制得的三氧化鎢較活潑，易溶于水；高溫制得的三氧化鎢則不溶于水。此外，若仲鎢酸銨熱分解時為還原性氣氛，則產物為藍色氧化鎢（鎢藍，WO3-x），組分不定，主要是三氧化鎢、銨鹽和二氧化鎢。用還原劑，如錫還原鎢酸鹽溶液也可得到“鎢藍”，使整個溶液呈藍色。幾乎不與除氫無機酸反應，能緩饅的溶于氨水或濃堿溶液。與氯氣加熱反應生成氯氧化物，但不能與溴、碘反應。

高于800℃時顯著升華，三氧化鎢生成熱202.8卡/mol，鎢酐能微溶于水（0.2g/L），不溶于除氫氟酸以外所有的無機酸中。鎢酸容易溶于苛性堿溶液（NaOH或KOH）和氨水中，形成鎢酸鹽[NaWO4、K2WO4和(NH4)2WO4]。在氨溶液中三氧化鎢溶解緩慢，加熱到高溫時溶解更慢。三氧化鎢容易被各種還原劑還原。在常溫下，甚至少量的有機物便能使其還原，并改變其顏色。但在空氣中加熱時又恢復原來顏色。在700~900℃時，三氧化鎢很容易被氫、一氧化碳和碳還原成金屬鎢。