Молекула ДМФ содержит формильную группу (HCO-), ковалентно связанную с атомом азота, который, в свою очередь, соединён с двумя группами CH₃, что даёт ей структуру C₃H₇NO. Карбонильная группа (C=O) в ДМФ обладает дипольным моментом, а также центр отрицательного заряда и неспаренная пара электронов на азоте дополнительно способствуют основности. ДМФ является устойчивой молекулой, так как амидные группы позволяют плоские структуры. Резонанс также добавляет устойчивости. ДМФ — это синтетическое соединение, которое помимо использования в качестве растворителя участвует во многих физико-химических процессах. Наличие метильных групп на атоме азота влияет на растворимость, реакционную способность и свойства азота.