二茂铁为18电子构型,具有良好的稳定性,其中心铁原子和环戊二烯基都具有一定的活性,从而可以进行一系列的有机反应。在二茂铁的环上容易发生亲电取代反应,可以进行金属化、氯化、酰基化、烷基化、磺化、甲酰化以及配合体交换等反应,从而可制备一系列通途广泛的衍生物。
二茂铁及其衍生物最广泛的应用是作为催化剂,如不对称催化、羟醛缩合、烯烃常压氢化、芳酮硅烷化等。二茂铁及其衍生物还可以作为燃料油添加剂,起到节油、消烟、结炭、无腐蚀、抗爆、提高燃烧值等作用。二茂铁衍生物具有疏水性,这使其能够顺利的通过细胞膜,与细胞内物质相互作用,此外它还具有良好的稳定性、低毒性,因而可作为治疗某些疾病的药物,如抗癌药物等。由于二茂铁及其衍生物还具有氧化还原可逆性,可在酶的作用下参与代谢,所以它们还可以用来制造植物生长调节剂、杀虫剂等。