DMF與多數有機溶劑和水可任意混合,對有機和無機化合物的溶解性能較好。
N,N-二甲基甲酰胺含有少量水分。常壓蒸餾時有些分解,產生二甲胺和一氧化碳。在有酸或堿存在時 ,分解加快。所以加入固體氫氧化鉀（鈉）在室溫放置數小時后,即有部分分解。
因此,最常用硫酸鈣 、硫酸鎂、氧化鋇、硅膠或分子篩干燥,然后減壓蒸餾,收集76℃/4800Pa(36mmHg)的餾分。其中如含水較多時,可加入其1/10體積的苯,在常壓及80℃以下蒸去水和苯,然后再用無水硫酸鎂或氧化鋇干燥 ,最后進行減壓蒸餾。純化后的N,N-二甲基甲酰胺要避光貯存。
N,N-二甲基甲酰胺中如有游離胺存在,可用2,4二硝基氟苯產生顏色來檢查。