铁原子在分子中是等价的，都呈正八面体的分子几何结构。由于九羰基二铁在常见溶剂中的溶解度很小，使得获得九羰基二铁的单晶有一定困难从而无法通过单晶的X射线衍射获得分子的确切几何结构，所以确定九羰基二铁的分子结构有一定的挑战性。通过穆斯堡尔谱确定其分子结构为D点群的对称结构。
反应.九羰基二铁是合成一些Fe(CO)L型配合物和Fe(CO)(diene)的前驱体。一般以九羰基二铁为反应物的合成是在四氢呋喃溶液中发生的，这是因为四氢呋喃分子中的氧原子具有配位作用，可使得九羰基二铁溶解并发生解