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无水哌嗪是一种对称饱和六元环脂肪族二胺，分子中含有两个等价的仲胺氮原子，化学性质典型且活泼，主要表现出强碱性、高亲核性、易成盐、易发生烷基化与酰化反应，同时具有一定的配位能力和氧化稳定性，是医药、化工、高分子领域重要的含氮杂环中间体。
无水哌嗪具有明显的二元中强碱性，两个氮原子上均有孤对电子，可在水溶液中分两步质子化，形成单铵盐或二铵盐。它能与盐酸、硫酸、氢溴酸、醋酸、酒石酸等多种无机酸和有机酸迅速反应，生成水溶性好、结晶度高的盐类，这类哌嗪盐常被用于药物成盐修饰，以改善原料药的溶解度、稳定性和生物利用度。因其碱性适中，在有机合成中也常用作缚酸剂，中和反应生成的卤化氢、磺酸等酸性副产物，促进亲核取代、缩合等反应顺利进行。
亲核取代反应是无水哌嗪核心的化学性质。两个仲胺氮均具有较强的亲核活性，可与卤代烷烃、卤代芳烃、环氧乙烷、苄氯等多种烷基化试剂发生N-烷基化反应，生成单取代或双取代哌嗪衍生物。由于两个氮原子化学环境相同，在控制投料比和反应条件的情况下，可以选择性制备单烷基产物或双烷基产物，这一特点使其在构建对称结构药物分子时具有显著优势。在医药合成中，许多抗组胺药、 药、抗精神病药物均通过哌嗪的烷基化反应构建关键侧链结构。
在酰化反应方面，无水哌嗪可与酰氯、酸酐、酯、异氰酸酯等发生温和的N-酰化反应，生成酰胺、脲类等稳定化合物。该反应条件温和、转化率高，是制备哌嗪类精细化工中间体的重要路径。酰化产物稳定性高、不易水解，可进一步用于高分子固化剂、染料中间体、表面活性剂等产品的合成。同时，哌嗪也可与磺酰氯发生磺酰化反应，生成磺酰胺类衍生物，在医药和农药分子设计中应用广泛。
无水哌嗪具有较好的氧化稳定性，在常温、避光、隔绝空气条件下结构稳定，不易自氧化。但在高温、光照或与强氧化剂共存时，可发生氧化降解，哌嗪环可能开环生成小分子胺类、醛类或羧酸类物质。与高锰酸钾、重铬酸盐、浓硝酸等强氧化剂接触时，反应剧烈并伴随放热，因此在储存和使用中需远离氧化性物质。在惰性气氛保护下，哌嗪可耐受一定温度，常压蒸馏时不易分解，适合常规精馏提纯。
在配位化学性质上，无水哌嗪是典型的双齿配体，两个氮原子可同时与铜、镍、钴、锌、铂等过渡金属离子配位，形成稳定的螯合配合物，这类配合物在金属离子分离、催化材料、电化学器件等领域具有应用潜力，其配位能力受体系pH影响显著，在中性至弱碱性环境下配位效果 。
无水哌嗪可与羰基化合物发生缩合反应，与醛类在脱水条件下生成亚胺中间体，进一步还原可得到N-烷基哌嗪，是曼尼希反应的重要参与组分，常用于构建复杂含氮杂环结构。同时，因其分子结构对称、空间位阻小，反应活性高且副反应少，更适合高选择性合成。
在腐蚀性与化学相容性方面，无水哌嗪呈碱性，对铜、铝、锌等非铁金属具有一定腐蚀作用，但对不锈钢、搪瓷、聚丙烯等材质兼容性良好。其水溶液长期暴露在空气中会吸收二氧化碳生成碳酸盐，导致纯度下降，因此哌嗪水溶液需密封保存。
无水哌嗪的化学性质围绕双氨基的碱性与亲核性展开，具有易成盐、易烷基化、易酰化、可配位、稳定性适中等特点，因其结构对称、反应可控性强，成为医药、农药、精细化工和高分子材料中应用极为广泛的关键中间体。