硫酸镍从溶液中结晶时，结晶产物受温度的影响。在30.7℃下析出绿色正交晶系的七水硫酸镍，在30.7℃-53.8℃析出蓝绿色四方晶系的α-六水硫酸镍，53.8℃以上析出绿色单斜晶系的β-六水硫酸镍，其在室温时会相变回蓝绿色且不透明。商品多为α-六水物。
加热水合盐会导致脱去水分子，其中四水物和一水物是稳定的，亮黄色的无水硫酸镍须在330℃以上制得。在大约800℃下分解为氧化镍和三氧化硫。在较高浓度的硫酸中结晶也可以获得低水合物，它们缓慢溶於水。