Melanotan-II ima edinstveno strukturno sestavo. N-terminalna piroglutaminska kislina (pGlu) nastane s ciklizacijo -amino in -karboksilnih skupin glutaminske kisline; ta struktura poveča stabilnost peptida in ga ščiti pred razgradnjo z aminopeptidazami. Histidin vsebuje imidazolni obroč, ki ima kislinsko{6}}bazične lastnosti pri fiziološkem pH, kar mu omogoča sodelovanje pri vodikovi vezi in elektrostatičnih interakcijah z drugimi molekulami. Triptofan ima zajetno stransko verigo indolnega obroča; ta obroč ne daje samo močne hidrofobnosti, ampak tudi olajša interakcije z drugimi aromatskimi aminokislinami ali majhnimi molekulami preko zlaganja π-π. Serinska stranska veriga vsebuje hidroksilno skupino (-CH₂OH), ki lahko sodeluje pri vodikovi vezi in različnih encimskih reakcijah. Tirozinski ostanek nosi fenolno hidroksilno skupino (-CH₂C₆H₄OH) na svoji stranski verigi; ta skupina je lahko podvržena fosforilaciji in igra ključno vlogo pri interakcijah beljakovin-beljakovin.
Vključitev D-alanina spremeni prostorsko konformacijo peptida; ker so D-aminokisline enantiomeri naravno prisotnih L-aminokislin, njihova posebna prostorska ureditev vpliva na celotno zvijanje peptida in vezavo na receptor. Levcin ima dolgo hidrofobno stransko verigo (-CH₂CH(CH3)CH₂CH3), ki poveča hidrofobnost peptida. Acetilacija lizinske ε-amino skupine dodatno poveča stabilnost peptida, hkrati pa vpliva na njegovo porazdelitev naboja. Prisotnost prolina inducira specifično togo strukturo znotraj peptidne verige; ker imino skupina tvori ciklično strukturo s stransko verigo, omejuje rotacijsko svobodo verige, kar bistveno vpliva na sekundarno strukturo peptida. Valin ima stransko verigo izobutil (-CH(CH3)₂), ki je prav tako po naravi hidrofobna. Ti aminokislinski ostanki so zaporedno povezani preko peptidnih vezi (–CO–NH–); karbonilne (C=O) in imino (N–H) skupine znotraj teh vezi lahko tvorijo vodikove vezi, ki stabilizirajo sekundarne strukture polipeptida, kot so -listi in -vijačnice. Znotraj splošne strukture interakcije med različnimi funkcionalnimi skupinami določajo kemijske lastnosti in biološke funkcije Melanotana-II.