广泛用作溶剂和反应试剂，具有很高的选择性抽提能力，可用作烷烃与芳香烃分离的提取溶剂，用于芳烃、丁二烯抽提，特别是在丙烯腈聚合反应中作加工溶剂和抽丝溶剂，作聚氨酯合成及抽丝溶剂，作聚酰胺、氟氯苯胺、聚酰亚胺和聚砜树脂的合成溶剂。在医药工业中还可直接作为某些药物的原料及载体，另外，DMSO本身有消炎止痛、利尿、镇静等作用，被誉为“万灵药”，常作为止痛药物的活性组分添加于药物中。也可作电容介质、刹车油、稀有金属提取剂等。作溶剂和防冻剂，60％水溶液能降低冰点至-80℃。