Sua estrutura molecular é semelhante a carotenos, que formam outra grande divisão do grupo dos carotenóides, mas as xantofilas contêm átomos de oxigênio, enquanto carotenos são puramente hidrocarbonetos sem oxigênio. As xantofilas contém oxigénio, seja como grupo hidroxilo e/ou como pares de átomos de hidrogénio que são substituídos por átomos de oxigénio actuando como uma ponte (epóxido). Por essa razão, são mais  polares do que os carotenos puramente de hidrocarboneto e é essa a diferença que permite separá-las do carotenos em muitos tipos de cromatografia. Normalmente, os carotenos são na maioria das vezes de cor laranja.