เมลาโนแทน-II มีองค์ประกอบทางโครงสร้างที่เป็นเอกลักษณ์ กรดไพโรกลูตามิกที่ปลาย N- (pGlu) เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาไซคลิกเซชันของกรดกลูตามิก -หมู่อะมิโนและ -หมู่คาร์บอกซิล โครงสร้างนี้ช่วยเพิ่มความเสถียรของเปปไทด์และปกป้องจากการย่อยสลายโดยอะมิโนเปปไทเดส ฮิสติดีนประกอบด้วยวงแหวนอิมิดาโซลที่แสดงคุณสมบัติของกรด-เบสที่ pH ทางสรีรวิทยา ทำให้สามารถมีส่วนร่วมในพันธะไฮโดรเจนและปฏิกิริยาระหว่างไฟฟ้าสถิตกับโมเลกุลอื่นๆ ทริปโตเฟนมีโซ่ข้างวงแหวนอินโดลขนาดใหญ่ วงแหวนนี้ไม่เพียงแต่ให้ความสามารถในการไม่ชอบน้ำอย่างรุนแรงเท่านั้น แต่ยังอำนวยความสะดวกในการทำปฏิกิริยากับกรดอะมิโนอะโรมาติกอื่นๆ หรือโมเลกุลขนาดเล็กผ่านทางการวางซ้อน π-π สายด้านข้างซีรีนประกอบด้วยหมู่ไฮดรอกซิล (-CH₂OH) ที่สามารถมีส่วนร่วมในพันธะไฮโดรเจนและปฏิกิริยาของเอนไซม์ต่างๆ สารตกค้างไทโรซีนมีหมู่ฟีนอลิกไฮดรอกซิล (-CH₂C₆H₄OH) บนสายด้านข้าง กลุ่มนี้สามารถได้รับฟอสโฟรีเลชั่นและมีบทบาทสำคัญใน-ปฏิกิริยาระหว่างโปรตีน
การรวมตัวของดี-อะลานีนจะเปลี่ยนแปลงโครงสร้างเชิงพื้นที่ของเปปไทด์ เนื่องจากกรดอะมิโน D- เป็นอีแนนทิโอเมอร์ของกรดอะมิโน L- ที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ การจัดเรียงเชิงพื้นที่ที่แตกต่างกันของพวกมันมีอิทธิพลต่อการพับโดยรวมของเปปไทด์และการจับตัวรับ ลิวซีนมีสายด้านข้างที่ไม่ชอบน้ำขนาดยาว (-CH₂CH(CH₃)CH₂CH₃) ซึ่งจะเพิ่มความสามารถในการไม่ชอบน้ำของเปปไทด์ อะซิติเลชั่นของกลุ่มไลซีน ε-อะมิโนช่วยเพิ่มความเสถียรของเปปไทด์ ขณะเดียวกันก็ส่งผลต่อการกระจายประจุของมันด้วย การปรากฏตัวของโพรลีนทำให้เกิดโครงสร้างที่แข็งแกร่งเฉพาะภายในสายเปปไทด์ เนื่องจากหมู่อิมิโนสร้างโครงสร้างแบบวงกลมด้วยโซ่ด้านข้าง จึงจำกัดอิสระในการหมุนของโซ่ ซึ่งส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อโครงสร้างรองของเปปไทด์ วาลีนมีสายโซ่ด้านข้างไอโซบิวทิล (-CH(CH₃)₂) ซึ่งมีลักษณะที่ไม่ชอบน้ำเช่นกัน กรดอะมิโนที่ตกค้างเหล่านี้เชื่อมโยงกันตามลำดับผ่านพันธะเปปไทด์ (–CO–NH–); หมู่คาร์บอนิล (C=O) และอิมิโน (N–H) ภายในพันธะเหล่านี้สามารถสร้างพันธะไฮโดรเจนได้ ซึ่งทำให้โครงสร้างทุติยภูมิของโพลีเปปไทด์มีความเสถียร เช่น แผ่นชีต - และเอนริซ - ภายในโครงสร้างโดยรวม ปฏิสัมพันธ์ระหว่างกลุ่มฟังก์ชันต่างๆ จะกำหนดคุณสมบัติทางเคมีและหน้าที่ทางชีวภาพของเมลาโนแทน-II