Способность веществ к образованию водородных связей во многом определяет их физические свойства. Для карбоновых кислот характерны ассоциирующие водородные связи, которые возникают за счёт полярных групп О–Н и С=О, принадлежащих разным молекулам:

Такое межмолекулярное связывание затрудняет переход вещества в газообразное состояние, то есть повышает температуру его кипения. Способность к ассоциации молекул увеличивается при переходе от альдегидов и кетонов (где нет Н-связей) к спиртам и, далее, к кислотам. Поэтому для карбоновых кислот характерны более высокие температуры кипения.

Сравнение температур кипения альдегидов, спиртов и кислот

Температуры кипения соединений с близкой молекулярной массой

Класс	Формула	Молекулярная масса	T. кип., °C
Альдегид	CH3CH2CHO	58	49
Спирт	CH3CH2CH2OH	60	97
Кислота	CH3CООН	60	118

При нормальных условиях карбоновые кислоты существуют в жидком или твёрдом состоянии

Физические свойства некоторых карбоновых кислот

Кислота	Формула	Т. пл., °C	T. кип., °C
Муравьиная	HCOOH	8	101
Уксусная	СН3COOH	17	118
Масляная	СН3(СН2)2COOH	–5	164
Акриловая	CH2=CHCOOH	12	141
Бензойная	C6H5COOH	122	249
Щавелевая	HOOC–COOH	189	-

Например, простейший представитель – муравьиная кислота НСООН – бесцветная жидкость с т. кип. 101 °С, а чистая безводная уксусная кислота CH₃COOH при охлаждении до 17 °С превращается в прозрачные кристаллы, напоминающие лёд (отсюда ее название ледяная кислота).
Видеоопыт "Ледяная уксусная кислота".
Простейшая ароматическая кислота – бензойная C₆H₅COOH (т. пл. 122,4 °С) – легко возгоняется, то есть переходит в газообразное состояние, минуя жидкое. При охлаждении её пары сублимирутся в кристаллы. Это свойство используется для очистки вещества от примесей.
Видеоопыт "Возгонка бензойной кислоты".

Растворимость карбоновых кислот в воде обусловлена образованием межмолекулярных водородных связей с растворителем (H₂O):

Низшие гомологи С₁–С₃ смешиваются с водой в любых соотношениях. С увеличением углеводородного радикала растворимость кислот в воде уменьшается. Высшие кислоты, например, пальмитиновая C₁₅H₃₁COOH и стеариновая C₁₇H₃₅COOH – бесцветные твердые вещества, не растворимые в воде.
Муравьиная, уксусная и пропионовая кислоты обладают острым раздражающим запахом, при попадании на кожу вызывают ожоги. Для средних гомологов С₄–С₉ характерен неприятный запах (например, масляная кислота придаёт запах прогорклому маслу). Высшие моно- и дикарбоновые кислоты запаха не имеют.