N-metylopiperazyna jest słabą zasadą, więc w wodzie przyłącza proton od cząsteczki wody. W pierwszym etapie protonuje się ten atom azotu, który ma silniejszy charakter zasadowy, czyli atom azotu niezwiązany z grupą metylową.
Skoro zasada przyjmuje proton z H2O, w roztworze powstaje odpowiedni kation oraz jon wodorotlenkowy OH−. To właśnie obecność jonów OH− powoduje zasadowy odczyn roztworu.