Den kjemiske strukturen til MDMA likner på meskalin og metamfetamin, men fenylringen er erstattet med en funksjonell metylendioksygruppe i posisjon 3,4. Den er medlem av fenetylamin-familien, en gruppe substanser som typisk har uttalte biologiske virkninger. MDMA fremstilles fra MDP2P ved en kjemisk reaksjon som kalles reduktiv aminering. MDMA har et kiralt senter ved alfa-karbonet (ved siden av metylamino-gruppen).