用于制造染料及作为胺类和醇类的甲基化剂。分析试剂。有机合成，甲基化试剂。溶剂。其蒸气毒性强，曾用作战争毒气。用作测定煤焦油类的试剂，在有机合成中用作甲基取代剂。
在有机物上接一个甲基，就是所谓的甲基化反应。
只是硫酸二甲酯十分危险，严重的损失呼吸道和眼睛，严重时，可以引起严重的肺水肿，危及生命，更可怕的是：硫酸二甲酯蒸汽无色无味，中毒现象有3-4小时的潜伏期，因此使用硫酸二甲酯时，一定要注意安全，如有泄漏，必须迅速采取措施。
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