DMF的毒性作用機制尚未完全明了，目前認為與其體內代謝過程有關。DMF其甲基烴基化，生成N-甲基-甲醇酰胺（HMMF），HMMF部分脫羥甲基分解成甲基甲酰胺 (NMF)和甲醛，NMF還可羥基化，然后再分解成甲酰胺 (F)，還有少部分DMF以原形從尿中排出。實驗表明，NMF毒性強于DNF及HMMF。NMF或HMMF生成N-甲基氨基甲酰半胱氨酸(AMCC)過程中的活性中間產物 (可能是異氰酸甲酯)，具有親電性，可以與蛋白質、DNA、RNA等大分子的親核中心共價結合，造成機體肝腎器官損傷。