Dokładna budowa tych związków nie jest znana ze względu na trudność wyodrębnienia w stanie czystym, jednak ich ogólny wzór przedstawiany jest jako RMgX, gdzie R jest dowolną grupą alkilową lub arylową, a X atomemchlorowca. W typowych związkach organicznych zawierających w cząsteczceheteroatom X (O, N, F, Cl lub Br) wiązanie C–X lub C=X jest spolaryzowane zawsze w kierunku heteroatomu C→X, gdyż ma on większą elektroujemność od węgla. Z tego względu na atomie węgla pojawia się cząstkowy ładunek dodatni (Cδ+), czyli jest on centrum elektrofilowym. W związkach magnezoorganicznych atom węgla połączony jest z atomem magnezu C–Mg, który ma mniejszą elektroujemność od węgla, przez co wiązanie to jest spolaryzowane w kierunku atomu węgla C←Mg (Cδ−). Atom węgla w związku magnezoorganicznym jest zatem centrum nukleofilowym. Zjawisko to nazywa się „przebiegunowaniem” (z niem. umpolung).
Związki magnezoorganiczne wykazują się dużą reaktywnością. Są wrażliwe na działanie tlenu, tworząc wodoronadtlenki lub alkohole, dlatego często podczas reakcji z ich udziałem konieczne jest izolowanie reagującego układu od powietrza.
Związki Grignarda chętnie reagują ze związkami posiadającymi tak zwany aktywny wodór, czyli taki, który ma pewne właściwości kwasowe (między innymi woda, alkohole, aminy, kwasy karboksylowe, terminalne alkiny).
Związki Grignarda wykorzystywane są w syntezie chemicznej, m.in. do tworzenia nowych wiązań C−C, np. w reakcji ze związkami karbonylowymi można uzyskać szereg produktów:
