用途
二甲基亚砜是许多化学反应的常用溶剂，尤其在SN2烷基化反应中是极佳的溶剂：若使用氢氧化钾为碱将吲哚烷基化，能得到极高产率；亦可使用苯酚取代吲哚进行相似的反应。二甲基亚砜可与碘甲烷反应而生成锍离子，并与氢化钠反应而生成硫叶立德。因为硫氧基对其共轭碱的稳定化作用，二甲基亚砜中的甲基略具酸性（pKa=35）。
在有机合成中，二甲基亚砜亦可用于许多氧化反应中，例如Pfitzner-Moffatt氧化反应和斯文氧化反应。
二甲基亚砜亦用于电子工业上的清洗剂，而其重氢取代物（DMSO-d6）则是核磁共振的优良溶剂，因它可广泛溶解多种化合物，并几乎不会对样品的讯号造成影响。
在低温生物学中，二甲基亚砜则作为抗冻剂使用，并仍是用来保存器官、组织与细胞悬浮液的抗冻剂玻璃化混合物的主要成分之一。尤其在冷冻与长期储存胚胎干细胞与造血干细胞方面更为重要，通常是以10%二甲基亚砜与90%胚胎血浆的混合物冷冻。
安全性与毒性
二甲基亚砜轻微刺激眼睛和皮肤，其极易渗透皮肤。例如氰化钠的二甲基亚砜溶液可经由皮肤接触造成氰化物中毒。而二甲基亚砜本身毒性较低。
二甲基亚砜亦能刺激皮肤，光滑的皮肤一般上比粗糙皮肤易受到刺激。