二茂铁不适于催化加氢，也不作为双烯体发生Diels-Alder反应，但它可发生傅-克酰基化及烷基化反应。
二茂铁具有芳香化合物的显著特征，可与亲电试剂反应生成二茂铁的取代衍生物。大多数取代的类型是1-取代物、1,1'-二取代物及1,2-二取代物(带"'"表示在A环上，不带则表示在B环上)。例如二茂铁与三氯化铝和 Me2NPCl2 在热庚烷中反应生成二氯二茂铁膦(Dichloroferrocenyl phosphine)，当与苯基二氯化膦在类似条件下反应得到 P,P-二氯双(二茂铁)-P-苯基膦。与苯甲醚类似，二茂铁与 P4S10 反应生成 Dithiadiphosphetane disulfide。二茂铁不可以直接硝化和卤化，因为会先发生氧化反应。
二茂铁可发生傅-克反应，譬如在磷酸作催化剂时，二茂铁与乙酸酐或乙酰氯反应生成乙酰基二茂铁。虽然一方面二茂铁许多反应类似于芳香烃的相应反应，但另一方面有些反应明显是铁原子在起主要作用。
用丁基锂可以很快夺取二茂铁中的质子，产物为1,1'-二锂代二茂铁，是很强的亲核试剂。它与二乙基二硫代氨基甲酸硒反应，生成的产物具有位阻，两个环戊二烯基配体靠硒原子连接。该产物可通过加热开环聚合反应(ROP)生成聚硒化二茂铁(Poly(ferrocenyl selenide))，硅和磷的类似反应也可合成相应的聚合物(Poly(ferrocenylsilane) 和 Poly(ferrocenylphosphine))。