Es muy sensible al aire, debido a que se oxida fácilmente formando el catión de color amarillo-verdoso Cp2Co+ (Cp=ciclopentadienilo).
Este electrón adicional ocupa un orbital antienlazante con respecto a los enlaces de Co-C.
En consecuencia, las distancias Co-C son ligeramente más largas que los enlaces Fe-C del ferroceno.
Muchas reacciones químicas del cobaltoceno (Co(C5H5)2) se caracterizan por su tendencia a perder este electrón "extra", dando un catión de 18 electrones conocido como cobaltocenio: El otro pariente cercano del cobaltoceno,es el rodoceno, que no existe como un monómero, ya que dimeriza espontáneamente por formación de un enlace C-C entre los anillos de Cp.
Estos dos compuestos son raros ejemplos de agentes reductores que se disuelven en disolventes orgánicos no polares.