Natriumhydroxid är sammansatt av natrium (Na) och hydroxid (OH) joner. Bindningen mellan dessa joner är jonisk. I en jonbindning överförs elektroner från en atom till en annan, vilket skapar en positiv och en negativ jon. När det gäller natriumhydroxid förlorar natriumatomen en elektron till syreatomen i hydroxidjonen. Detta skapar en natriumjon (Na+) och en hydroxidjon (OH-). Natrium- och hydroxidjonerna hålls sedan samman av elektrostatiska krafter.

Jonbindningen i natriumhydroxid är ansvarig för dess många egenskaper, såsom dess höga smältpunkt, löslighet i vatten och förmåga att leda elektricitet.