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羟胺分子结构同时带有氨基与羟基，极性极强，属于亲水性小分子化合物，其溶解特性受物态、溶剂极性影响显著，游离羟胺与羟胺盐的溶解行为存在明显区别。在实际科研与工业场景中，大多使用羟胺盐，二者溶解性能不可混为一谈，掌握该物质的溶解规律，对溶液配制、萃取分离、湿法反应工艺设计具有重要指导意义。
游离羟胺具备极强的水互溶能力，可与水以任意比例完全混溶，混合过程伴随轻微放热。羟胺分子能够与水分子形成大量氢键，是其可以无限溶于水的根本原因。配制水溶液时，需要注意温度控制，温度升高虽然可以加快溶解速率，但高温会加速羟胺分解，因此一般采用常温或低温纯水进行配制，避免热水溶解带来有效组分损耗。羟胺水溶液不存在溶解度上限，可按需调配不同浓度体系，这也是半导体清洗、水处理、有机合成等工艺普遍采用羟胺水溶液作为反应介质的重要基础。
在低级醇类溶剂中，游离羟胺同样拥有良好的溶解性，可与甲醇、乙醇完全互溶。甲醇、乙醇带有羟基，能够和羟胺分子形成氢键，实现均匀混合，可用于部分非水相有机合成反应。随着醇类碳链延长，溶剂极性下降，羟胺的溶解度随之降低，在正丙醇、异丙醇中溶解度明显减小；在高级脂肪醇中，溶解能力进一步减弱。
在非极性、弱极性有机溶剂体系中，游离羟胺溶解度很低，仅微溶或者难溶。例如在苯、甲苯、二氯甲烷、氯仿、乙醚、石油醚、二硫化碳等溶剂中，羟胺难以大量溶解。该溶解特征可用于分离提纯工艺，水相中的羟胺很难被乙醚、苯等有机溶剂有效萃取，因此采用这类溶剂萃取时，羟胺大多保留在水层，不会进入有机相。利用该特点，可将羟胺与脂溶性有机杂质实现两相分离。
需要重点区分羟胺盐（盐酸羟胺、硫酸羟胺）的溶解特性。盐酸羟胺易溶于水，溶解度较高，但不具备无限混溶的特点，常温下存在固定饱和溶解度；可溶于甲醇，微溶于乙醇，几乎不溶于乙醚、苯等有机溶剂。硫酸羟胺水溶性同样良好，在水中溶解度随温度上升而提高，在醇类中的溶解能力弱于盐酸羟胺。羟胺盐溶解于水时，解离生成羟胺阳离子，水溶液呈弱酸性，溶解过程相对温和，且稳定性远高于游离羟胺溶液，是实验室常选用的形态。
pH条件会间接影响体系内羟胺的存在形态，进而改变溶解行为。在酸性水溶液中，羟胺以$\ce{NH3OH+}$阳离子形式存在，水溶性优异；当向羟胺盐溶液加入碱调节pH，会释放出游离态羟胺，依然保持良好水溶性，但游离羟胺稳定性下降，更容易发生分解。整个转化过程不会出现明显沉淀析出，因为游离羟胺本身可与水任意混溶，这点和很多弱碱类化合物存在明显差异。
在工艺应用层面，羟胺的溶解性能决定溶液配制与后处理方案。水相反应体系是羟胺适配的场景，有机合成的肟化反应、半导体清洗液配制、水质还原处理，均以水作为主溶剂。若反应体系需要无水环境，则可选用甲醇作为溶剂；如果反应体系含有大量醚类、芳烃溶剂，羟胺难以进入有机相，反应只能在水相界面进行，反应效率受限。在萃取提纯操作中，不能使用苯、乙醚从水溶液中大量提取羟胺，该类萃取剂萃取效率极低。
溶解过程还有相应操作注意事项。游离羟胺溶于水会释放热量，高浓度体系混合时热量累积，若体系存在微量铁、铜等金属杂质，会催化羟胺分解产气，存在安全风险，因此高浓度溶液稀释需要缓慢加料，持续搅拌并控温。羟胺盐固体溶解相对安全，但配制完成后的水溶液同样需要避光保存，防止长期存放有效成分衰减。另外，羟胺不溶于烃类油脂，在油-水两相体系中，羟胺稳定分布在水相，可用于油水体系中选择性水相还原反应。
游离羟胺为强极性小分子，可与水、甲醇、乙醇无限混溶，在长链醇、醚、芳香烃等弱极性溶剂中微溶或难溶；羟胺盐水溶性良好，但不具备无限互溶特性，在有机溶剂中溶解度普遍偏低。氢键作用是决定羟胺溶解行为的核心因素，该溶解特性支撑其在水相还原、肟化反应、湿法清洗等工艺广泛使用，同时也限定了萃取、无水合成等场景的工艺选型方案。