目前，科学家们已经采用很多方法来研究LiCoO2的结构，如：X-射线衍射、电子显微镜、中子粉末衍射和X-射线吸收精细结构谱。LiCoO2固体由+1价锂离子层(Li+)层组成，这些正离子层位于钴和氧原子的扩展阴离子片之间，排列成边缘共享的八面体，两个面平行于片平面。钴以+3价的形式(Co3+)存在，夹在两层氧(O2−)之间。在每一层(钴、氧或锂)中，原子排列成规则的三角形晶格。晶格被偏移，使得锂原子离钴原子较远，并且该结构在垂直于每三层钴(或锂)的平面的方向上重复。因此，LiCoO2的空间组是赫尔曼-莫苷（Hermann-Mauguin）记号法中的 ，表示一个菱形单元，每个菱形单元有三重不适当的旋转对称和镜像平面。三重旋转轴(垂直于各层)被认为是不合适的，因为氧的三角形(在每个八面体的相对两侧)是反对齐的。