硫酸鎳從溶液中結晶時，結晶產物受溫度的影響。在30.7℃下析出綠色正交晶系的七水硫酸鎳，在30.7℃-53.8℃析出藍綠色四方晶系的α-六水硫酸鎳，53.8℃以上析出綠色單斜晶系的β-六水硫酸鎳，其在室溫時會相變回藍綠色且不透明。商品多為α-六水物。
加熱水合鹽會導致脫去水分子，其中四水物和一水物是穩定的，亮黃色的無水硫酸鎳須在330℃以上製得。在大約800℃下分解為氧化鎳和三氧化硫。在較高濃度的硫酸中結晶也可以獲得低水合物，它們緩慢溶於水。