El sulfato de cobalto existe en múltiples formas hidratadas con diferentes propiedades físicas. La forma anhidra presenta cristales ortorrómbicos de color púrpura, con una densidad de 3.71 g/cm³ y un punto de fusión superior a 700 °C. El monohidrato presenta cristales ortorrómbicos de color carmesí con una densidad de 3.08 g/cm³, y el heptahidrato aparece como cristales prismáticos monoclínicos de color carmesí con una densidad de 2.03 g/cm³. El heptahidrato pierde gradualmente agua de cristalización y se transforma en hexahidrato a aproximadamente 41 °C, convirtiéndose posteriormente en monohidrato a alrededor de 74 °C. Tanto el sulfato de cobalto anhidro como el heptahidrato son libremente solubles en agua, mientras que el monohidrato se disuelve lentamente en agua hirviendo, lo que hace que el sulfato de cobalto sea aplicable a diversos procesos industriales acuosos y de alta temperatura.