羧甲基纤维素是纤维素分子中部分羟基上的氢被羧甲基取代而生成的衍生物，其分子结构可近似地用下式表示：
将纤维素用浓碱溶液浸泡，可使其中的部分-OH基转变为-ONa基，成为碱纤维素。碱纤维素与氯乙酸反应，便制得羧甲基纤维素钠。
在羧甲基纤维素分子中，平均每个结构单元引入的羧甲基数称为代替度或醚化度，简写作DS。DS不同的产品，溶解性和粘度等性质有所不同。通常按产品的用途制取不同DS的产品。由于纤维素分子的每个结构单元有三个羟基，羧甲基纤维素的代替度最多是3。这三个羟基被醚化的难易程度因所在位置不同而异。C6上的羟基易被醚化，C2羟基次之，C3羟基最难。因此，代替度为1的羧甲基纤维素可用上式表示。
羧甲基纤维素（简称CMC），常用的是其钠盐(CMC-Na)，是白色或淡黄色粉末，无味无毒，可溶于水成为透明的粘稠液体。水溶液的粘度与pH值及CMC的相对分子质量有关，碱性水溶液的粘度很高。CMC-Na不溶于醇类溶剂，因此可用醇类把它从水溶液中沉淀出来。它与水溶性胶如动物胶、阿拉伯胶，与水溶性树脂如脲醛树脂、三聚氰胺树脂以及可溶性淀粉、水玻璃等的水溶液，有较好的相溶性。它有良好的乳化力和分散力，在一定程度上能将油和蜡质乳化。当CMC-Na溶液中有一定量的无机或有机酸性物质（例如pH2.5以下）时会产生沉淀，在含Fe3+、Ag+、Pb2+等重金属离子的溶液中也有沉淀产生，而钙盐和镁盐只能降低CMC-Na水溶液的粘度却不发生沉淀。
羧甲基纤维素钠盐的用途甚广，在食品工业中用作增稠剂，例如在冰淇淋、酱料、速食、粉面、果汁或乳品饮料乃至罐头、饼干、面包等的加工制作过程中普遍应用；在纺织印染工业中用作上浆剂和乳化浆的保护胶体；在造纸工业中用作纸张表面增强剂，增加纸张强度，改善吸墨性；在石油开采中用作泥浆稳定剂；在医药工业中用作软药膏的基料和药片胶囊的粘合剂；在陶瓷工业中用作粉料的粘结剂等。
制取羧甲基纤维素的原料——纤维素可用未变质的天然植物纤维，如棉花和竹木纸浆等。作为食品添加剂使用的CMC，制备时所用原料的质量要求很严格，应选取经过脱脂和漂白处理的棉短绒纤维做原料。