二甲苯包括对二甲苯，间二甲苯和邻二甲苯，以及三种二甲苯的混合物，应用非常广泛。
对二甲苯是生产聚酯和聚酰胺的原料，经过氧化后生产对苯二甲酸（PTA），PTA和乙二醇、丁二醇等多元醇合成各种聚酯材料。间二甲苯用于生产间苯二甲酸，间苯二甲酸也可以用于生产特种聚酯，其生产的聚酯具有比较好的耐候性能。邻二甲苯主要用于生产苯酐，苯酐也是非常重要的化工原料，用于生产PVC树脂的增塑剂。二甲苯的混合物用于各种溶剂，例如涂料溶剂，化工生产的溶剂。

广泛用于涂料、树脂、染料、油墨等行业做溶剂；用于医药、炸药、农药等行业做合成单体或溶剂；也可作为高辛烷值汽油组分，是有机化工的重要原料。还可以用于去除车身的沥青。医院病理科主要用于组织、切片的透明和脱蜡。

工业邻二甲苯为原料，先用工业浓硫酸洗涤至酸层无色，再依次用10%氢氧化钠溶液、水洗涤至合格，分出水层后用无水氯化钙干燥，精馏，待馏出物清亮后，收集中间馏分，即为纯品。