有鱼腥味的均匀透明液体，密度（20℃）0.8788克/厘米³，冰点-52.5℃，沸点87.5℃，临界温度312℃，临界压力8.24兆帕，临界密度0.29克/厘米³，气相生成焓（298开）+94.7千焦/摩，液相生成焓（298开）+54.2千焦/摩。易溶于水、低分子量醇及多数烃类化合物。吸湿性强，在空气中冒白烟。甲基肼为易燃液体，闪点（开杯法）17.2℃，在空气中的可燃浓度极限2.5%～98%(V/V)。甲基肼是强还原剂，与许多氧化性物质发生反应，与强氧化剂接触能自燃。热稳定性比肼好，在235℃时发生明显的分解放热反应，在288℃时发生迅速分解，在290℃时发生爆炸。铁、钼、铜等金属及其氧化物对其有催化分解作用。甲基肼属危险化学品，联合国危险货物编号为1244。甲基肼属剧毒化学品，经口半数致死量LD50为32毫克/千克（大鼠），经静脉注射半数致死量LD50为33毫克/千克（大鼠），吸入半数致死浓度LC50为74ppm/4小时（大鼠）。甲基肼污水最高允许排放浓度0.2毫克/升。居住区大气中一甲基肼的最高允许浓度为：日平均不大于0.006毫克/米³，任一次不大于0.015毫克/米³。生活饮用水源水中一甲基肼最高允许浓度0.04毫克/升。美国政府工业卫生学家协会（ACGIH）推荐人员8小时暴露极限为0.01ppm。工作场所空气中甲基肼的最高容许浓度为0.08毫克/米³。常采用氯胺法进行生产。

甲基肼广泛用作可贮存液体推进剂燃料，可单独使用，也可与肼、偏二甲肼组成混肼燃料。甲基肼常与四氧化二氮组成双组元液体推进剂，被应用于多种火箭、卫星和武器系统中。20世纪60年代中期开始，甲基肼被应用于“民兵Ⅲ”导弹、“MX”导弹、“阿波罗”飞船、“阿里安5”运载火箭、“交响乐”卫星和“伽利略”探测器等飞行器上。