二茂铁的结构是一个铁原子位于两个平行的环戊二烯环之间。在固态下,两个丙烯环相互交错成完全错误的结构,并且温度相对于围绕垂直轴旋转。二茂铁的化学稳定性,类似的芳族化合物。二茂铁环可以发生亲电取代反应,如汞齐、烷基化、酰化等。
二茂铁具有疏水性(亲脂性),使二茂铁能通过细胞膜与细胞内的各种酶、DNA、RNA等相互作用,从而对某些疾病的治疗产生一定的影响;二茂铁也具有三明治结构,厚度大,二茂铁衍生物能防止二茂铁衍生物接近某些酶的活性部位,选择性强,具有良好的低毒稳定性等特点,在生物医学和微生物等领域发挥着重要作用。