La nebulosa de Orión abarca una región de 10º en el cielo, y contiene nubes interestelares, cúmulos estelares, regiones H II y nebulosas de reflexión.
La nebulosa forma una nube casi esférica, donde la densidad máxima se alcanza cerca del punto central. La temperatura máxima es de 10 000 K, pero cerca del borde exterior la temperatura decae drásticamente. Al contrario que la distribución de densidad, la nube posee velocidades y turbulencias muy diferentes en toda su extensión, sobre todo en los alrededores de la región central.
Los movimientos relativos en el interior de la nube alcanzan velocidades de 10 km/s, mientras que las variaciones locales llegan a sobrepasar los 50 km/s.
El modelo astronómico actual de la nebulosa consiste en una región ionizada, con centro en Theta1 Orionis C, la estrella responsable de la mayor parte de la radiación ultravioleta, pues su emisión es cuatro veces más potente que la segunda estrella más brillante, Theta2 Orionis A.
Alrededor de esta región ionizada, se encuentra una nube de alta densidad de forma cóncava pero muy irregular, con aglomeraciones de gas en el exterior, las cuales conforman el perímetro de la nube de Orión.
Los observadores han puesto nombre a varias facciones significativas de la nebulosa de Orión. A la senda oscura que se extiende desde el norte hacia la región brillante se la ha denominado Nebulosa del Pez.
Las regiones iluminadas de ambos lados reciben el nombre de «Alas». Existen también otros rasgos, tales como «La Espada», «La Estocada» o «La Vela».25 Hasta ahora ( año 2020 ), se han catalogado unos 800 000 objetos celestes, algunos cercanos y otros lejanos como galaxias distantes, hacia la zona que ocupa Messier 42.
La nebulosa de Orión forma parte de una inmensa nube de gas y polvo llamada nube de Orión, que se extiende por el centro de la constelación de Orión y que contiene también el bucle de Barnard, la nebulosa Cabeza de Caballo, la nebulosa de De Mairan, la nebulosa M78 y la nebulosa de la Flama. Se forman estrellas a lo largo de toda la nebulosa, desprendiendo gran cantidad de energía térmica, y por ello el espectro que predomina es el infrarrojo.