硝酸铅的晶体结构已经由中子衍射测定出来。其中的铅原子以立方晶系中面心立方的方式堆积。它的空间群是Pa3Z=4(布拉菲晶格表示法)，每个晶胞的边长784pm。
在此图中的黑点代表铅原子，白点代表比铅原子平面高27pm的硝酸根离子，而蓝色点则代表比铅原子平面低27pm的硝酸根离子。在这个状态下每个铅原子皆与12个氧原子产生键结，且晶体中全部N–O键的键长皆一样，均为127pm。
之前会对硝酸铅的晶体结构有兴趣而去研究它，有一部分的原因是基于晶格内部的硝酸根离子在高温时有可能可以自由的旋转，但此预测最后并没有被证实。
