二甲苯大量用作溶劑和高辛烷值汽油添加劑，也是有機化工的重要原料，但與同時從煤和石油得到的苯和二甲苯相比，目前的產量相對過剩，因此相當數量的甲苯用于脫烷基制苯或岐化制二甲苯。二甲苯衍生的一系列中間體，廣泛用于染料；醫藥；農藥；火 ；助劑；香料等精細化學品的生產，也用于合成材料工業。

二甲苯進行側鏈氯化得到的一氯芐；二氯芐和三氯芐，包括它們的衍生物苯甲醇；和苯甲酰氯（一般也從苯甲酸 化得到），在醫藥；農藥；染料，特別是香料合成中應用廣泛。甲苯的環氯化產物是農藥；醫藥；染料的中間體。

二甲苯氧化得到苯甲酸，是重要的食品防腐劑（主要使用其鈉鹽），也用作有機合成的中間體。

二甲苯及苯衍生物經磺化制得的中間體，包括對甲苯磺酸及其鈉鹽；CLT酸；,4-二磺酸；-2,4-二磺酸；甲苯磺酰氯等，用于洗滌劑添加劑，化肥防結塊添加劑；有機顏料；醫藥；染料的生產。甲苯硝化制得大量的中間體。可衍生得到很多終產品，其中在聚氨酯制品；染料和有機顏料；橡膠助劑；醫藥； 等方面為重要。

二甲苯為無色液體，不溶于水，溶于醇、醚、丙酮;易燃;易揮發。

二甲苯性質與甲苯基本相同，二甲苯揮發速度適中，低于甲苯，毒性小于甲苯。二甲苯可以溶解油脂、蠟質、部分樹脂等，是一種被廣泛使用的稀釋劑和溶劑，聚酯漆可使用二甲苯進行稀釋。洗衣店配置二甲苯常用來去除油類污潰和皮革涂飾用稀釋劑。