二甲苯大量用作溶剂和高辛烷值汽油添加剂，也是有机化工的重要原料，但与同时从煤和石油得到的苯和二甲苯相比，目前的产量相对过剩，因此相当数量的甲苯用于脱烷基制苯或岐化制二甲苯。二甲苯衍生的一系列中间体，广泛用于染料；医药；农药；助剂；香料等精细化学品的生产，也用于合成材料工业。

二甲苯进行侧链氯化得到的一氯苄；二氯苄和三氯苄，包括它们的衍生物苯甲醇；苯甲醛和苯甲酰氯（一般也从苯甲酸光气化得到），在医药；农药；染料，特别是香料合成中应用广泛。甲苯的环氯化产物是农药；医药；染料的中间体。

二甲苯氧化得到苯甲酸，是重要的食品防腐剂（主要使用其钠盐），也用作有机合成的中间体。

二甲苯及苯衍生物经磺化制得的中间体，包括对甲苯磺酸及其钠盐；CLT酸；,4-二磺酸；苯甲醛-2,4-二磺酸；甲苯磺酰氯等，用于洗涤剂添加剂，化肥防结块添加剂；有机颜料；医药；染料的生产。甲苯硝化制得大量的中间体。可衍生得到很多终产品，其中在聚氨酯制品；染料和有机颜料；橡胶助剂；医药；等方面为重要。

二甲苯为无色液体，不溶于水，溶于醇、醚、丙酮;易燃;易挥发。二甲苯性质与甲苯基本相同，二甲苯挥发速度适中，低于甲苯，毒性小于甲苯。二甲苯可以溶解油脂、蜡质、部分树脂等，是一种被广泛使用的稀释剂和溶剂，聚酯漆可使用二甲苯进行稀释。洗衣店配置二甲苯常用来去除油类污溃和皮革涂饰用稀释剂。