kiehumis-ja sulamispiste
neopentaanin kiehumispiste on vain 9,5 °c, huomattavasti pienempi kuin isopentaanin (27,7 °C) ja normaalin pentaanin (36,0 °C). Siksi neopentaani on huoneenlämpötilassa ja ilmanpaineessa Kaasu, kun taas kaksi muuta isomeeriä ovat (hädin tuskin) nesteitä.
neopentaanin sulamispiste (-16,6 °C) puolestaan on 140 astetta korkeampi kuin isopentaanin (-159,9 °C) ja 110 astetta korkeampi kuin n-pentaanin (-129,8 °C). Tämän anomeerin on katsottu johtuvan siitä, että tetraedrisen neopentaanimolekyylin oletetaan olevan mahdollista paremmin kiinteässä olomuodossa, mutta tämä selitys on kyseenalaistettu, koska sillä on pienempi tiheys kuin kahdella muulla isomeerillä. Lisäksi sen fuusioitumisen entalpia on pienempi kuin sekä n-pentaanin että isopentaanin fuusioitumisen entalpiat, mikä osoittaa, että sen korkea sulamispiste johtuu suuremmasta molekyylisymmetriasta johtuvasta entropia-vaikutuksesta. Neopentaanin fuusioitumisen entropia onkin noin neljä kertaa pienempi kuin n-pentaanin ja isopentaanin.
1h NMR-spektrimedit
neopentaanin täyden tetraedrisen symmetrian vuoksi kaikki protonit ovat kemiallisesti ekvivalentteja, mikä johtaa hiilitetrakloridiin liuotettuna yhteen NMR-kemialliseen siirtymään δ = 0,902. Tässä suhteessa neopentaani muistuttaa silaanianalogiaan, tetrametyylisilaania, jonka yksittäinen kemiallinen muutos on konventionaalisesti nolla.
neopentaanimolekyylin symmetria voi rikkoutua, jos osa vetyatomeista korvautuu deuteriumatomeilla. Erityisesti jos jokaisella metyyliryhmällä on eri määrä substituoituja atomeja (0, 1, 2 ja 3), saadaan kiraalinen molekyyli. Siraalisuus syntyy tässä tapauksessa yksinomaan sen ytimien massajakaumasta, kun taas elektronijakauma on edelleen olennaisesti akiraalinen.