Una molécula de DMF posee un grupo formilo (HCO-) unido covalentemente a un átomo de nitrógeno, el cual está conectado además a dos grupos CH₃, dándole la estructura C₃H₇NO. El grupo carbónilo (C=O) en el DMF tiene un momento dipolar, junto con el centro de carga negativa y la pareja de electrones solitarios en el nitrógeno, lo que promueve aún más su basicidad. El DMF es una molécula estable debido a que los grupos amida permiten estructuras planas. La resonancia también contribuye a su estabilidad. El DMF es un compuesto de fabricación casera y, además de ser un solvente, participa en numerosas operaciones fisicoquímicas; la presencia de grupos metilo en el átomo de nitrógeno afecta la solubilidad, reactividad y propiedades del nitrógeno.