A estrutura tridimensional das moleculas da classe II foi obtida atraves de analises cristalograficas feitos com raio X.
Nas moléculas de classe II, as extremidades da fenda de ligação do peptídeo estão abertas, de modo que peptídeos de 30 residuos ou mais podem se ajustar.
Os segmentos a 2 e b 2 das moléculas de classe II, tais como o a 3 e a b 2-microglobulina de classe I, são enovelados no domínio de imunoglobulina e são não polimórficos entre os vários alelos de um gene particular de classe II.
Uma alça no segmento a 2 das moléculas de classe II é o sítio de ligação para o CD4+, de modo semelhante ao sítio de ligação para o CD8+ em a 3 da cadeia pesada de classe I.
O número total de moléculas de classe II em um indivíduo heterozigoto é cerca de 10 a 20 vezes maior do que os seis alelos de classe I que são herdados de ambos os pais.
As extremidades carboxiterminais dos segmentos a 2 e b 2 continuam em curtas regiões de conexões seguidas por aproximadamente 25 prolongamentos de aminoácidos de resíduos hidrofóbicos transmembrana. Em ambas as cadeias, as regiões transmembrana terminam com agregados de resíduos de aminoácidos básicos seguidos de curtas caudas citoplasmáticas hidrofílicas.
A molécula de classe II completa é um heterodímero consistindo de uma cadeia a , uma cadeia b e um peptídeo antigênico ligado, e a expressão estável das moléculas de classe II nas superfícies celulares requer a presença de todos os três componentes do heterodímero.