La composition moléculaire du THC et du CBD est la même, à savoir 30 atomes d'hydrogène, 21 atomes de carbone et 2 atomes d'oxygène. La différence entre les deux est l'arrangement de ces atomes. C'est la façon dont les atomes sont reliés qui crée des effets si radicalement différents sur le système endocannabinoïde.

Le THC et le CBD sont des composés cycliques, ce qui signifie qu'une ou plusieurs séries d'atomes dans la composition se connectent pour former un anneau.
Les molécules de CBD sont disposées en anneau ouvert tandis que le THC est disposé en anneau fermé.
Cette simple disposition en anneau ouvert ou fermé modifie la façon dont ces cannabinoïdes interagissent avec les récepteurs cannabinoïdes.