Melanotan-II benzersiz bir yapısal bileşime sahiptir. N-terminal piroglutamik asit (pGlu), glutamik asidin -amino ve -karboksil gruplarının siklizasyonu yoluyla oluşturulur; bu yapı peptidin stabilitesini arttırır ve onu aminopeptidazlar tarafından bozulmaya karşı korur. Histidin, fizyolojik pH'ta asit-baz özellikleri sergileyen ve diğer moleküllerle hidrojen bağlarına ve elektrostatik etkileşimlere katılmasını sağlayan bir imidazol halkası içerir. Triptofan, büyük bir indol halkalı yan zincire sahiptir; bu halka yalnızca güçlü hidrofobiklik kazandırmakla kalmaz, aynı zamanda π-π yığınlaması yoluyla diğer aromatik amino asitler veya küçük moleküller ile etkileşimleri de kolaylaştırır. Serin yan zinciri, hidrojen bağlarına ve çeşitli enzimatik reaksiyonlara katılabilen bir hidroksil grubu (-CH₂OH) içerir. Tirozin kalıntısı, yan zincirinde bir fenolik hidroksil grubu (-CH₂C₆H₄OH) taşır; bu grup fosforilasyona uğrayabilir ve protein{13}}protein etkileşimlerinde çok önemli bir rol oynar.
D-alanin'in dahil edilmesi peptidin uzaysal konformasyonunu değiştirir; D-amino asitler, doğal olarak oluşan L-amino asitlerin enantiyomerleri olduğundan, bunların farklı uzaysal düzenlemeleri, peptidin genel katlanmasını ve reseptör bağlanmasını etkiler. Lösin, peptidin hidrofobikliğini artıran uzun bir hidrofobik yan zincire (-CH₂CH(CH₃)CH₂CH₃) sahiptir. Lizin ε-amino grubunun asetilasyonu, peptid stabilitesini daha da arttırırken aynı zamanda yük dağılımını da etkiler. Prolinin varlığı, peptit zincirinde spesifik bir katı yapıyı indükler; İmino grubu yan zincirle siklik bir yapı oluşturduğundan zincirin dönme özgürlüğünü kısıtlayarak peptidin ikincil yapısını önemli ölçüde etkiler. Valin, doğası gereği hidrofobik olan bir izobütil yan zincirine (-CH(CH₃)₂) sahiptir. Bu amino asit kalıntıları peptit bağları (–CO–NH–) aracılığıyla sırayla bağlanır; bu bağlardaki karbonil (C=O) ve imino (N–H) grupları hidrojen bağları oluşturarak polipeptidin -tabakalar ve -helisler gibi ikincil yapılarını stabilize edebilir. Genel yapı içerisinde, çeşitli fonksiyonel gruplar arasındaki etkileşimler Melanotan-II'nin kimyasal özelliklerini ve biyolojik fonksiyonlarını belirler.