二甲苯还是有机化工的重要原料之一，天然存在于煤焦油和某些石油中，可由煤焦油的轻油部分或催化重整轻汽油经分馏而得。工业上主要用石脑油重整产物中的C8馏分提取。也可由甲苯在催化剂和高温、高压下，经岐化而得。目前工业上采用冷冻结晶法、吸附法、生成络合物或用分子筛的方法来分离它们。邻二甲苯的沸点相对较高，可以利用精馏方法分出，对二甲苯熔点较高，利用分步结晶法提纯。不经分离的混合二甲苯可以直接用做溶剂，加入汽油中可以提高抗爆性，它们是航空汽油的组分。邻二甲苯主要用于制取邻苯二甲酸酐，它是制造多种染料和指示剂(如酚酞)的重要原料。此外邻二甲苯还可用于制备聚酯树脂、昆虫驱避剂、增塑剂和染料等。间二甲苯经硝化和还原后生成的4，6-二甲基-1，3-苯二胺是合成染料的中间体，间二甲苯还可以用做合成香料的原料(如二甲苯麝香)。对二甲苯主要用于制造对苯二甲酸，它是合成聚酯纤维(涤纶)的重要原料。