NetCDF ファイルの次元はファイルが作成されると同時に定義され、NetCDFファイルが定義モード中に行われる。 後に次元数を増やしたい場合などには定義モードに再び入れば良い。 NetCDF次元には次元名と次元長が存在する。一つのNetCDFファイルは最大で一つの unlimited （無制限）次元を持つことが出来る。 この次元を使用する変数はこの次元沿いには無制限に成長できる。
一つのNetCDFファイルには定義できる次元数に上限（100）が提唱されている。この上限値は 事前に定義されたマクロ NF_MAX_DIM である。上限値を規定する目的は一般的なアプリケーションをより簡潔に作成できる点にある。それらのアプリケーションでは NF_MAX_DIMS 配列を用意することのよって任意のNetCDFファイルを扱うことができる。NetCDF ライブラリの実装においてはこの勧告された上限値 は強制項目ではない。それ故、必要に応じてそれ以上の次元数を使用することも可能である。しかし、勧告された上限値を仮定したNetCDFユーティリティは、その結果生じるNetCDFファイルを扱えなくなる可能性もある
通常、次元名と次元長は次元がはじめて定義されるときに固定される。後に次元名を変更することは可能ではあるが、次元長（無制限次元を除いて）は既存のファイルの内容を新たに次元長を固定した新しいNetCDFファイルに コピーする以外に次元長を増やす手段はない。
開かれたNetCDFファイル中の NetCDF 次元は dimension IDと呼ばれる小さい整数によって参照されている。 FORTRAN インターフェースでは、次元IDは定義された順に 1, 2, 3, ... ,となる。