DMF是一种无色透明液体，沸点高、凝固点低、化学和热稳定性好，能和水及大部分有机溶剂互溶,是化学反应的常用溶剂，被称为“万能溶剂”: 采用以DMF为溶剂的腈纶干法纺丝工艺生产出的腈纶具有疏水性好、覆盖力强、质地柔软、手感强等特点;在湿法聚酯合成革生产中，DMF作为聚氨酯树脂的洗涤固化剂，可用于涂布各种延伸性材料,而用于皮革染色时，可使皮革色度均匀，不褪色;由于有较强的溶解能力，DMF在染料中作溶剂，用于合成纤维染色，可提高匀染性;作为一种选择性溶剂用于分离过程，DMF可用于各种烃类和无机气体的选择性吸收。如使用DMF洗涤乙烯来去除其中的乙炔，从而将乙烯提纯。DMF也可用于从乙烯装置生产废气中提取异戊二烯、间戊二烯等用于合成不饱和树脂;DMF还可作为选择性溶剂用于石油加工领域的萃取工艺。例如：在间苯二甲酸和对苯二甲酸等性质相似、很难分离的多元羧酸物系中，用DMF溶剂萃取或分步重结晶，都可较容易地使之分离开来。
在有机反应中，二甲基甲酰胺不但广泛用作反应的溶剂，也是有机合成的重要中间体。在医药行业中作为合成药物中间体，广泛用于制取强力霉素、可的松、磺胺类药品的生产；在农药行业中用于合成高效低毒农药杀虫剂。
作为化学合成的反应介质，DMF作为结晶溶剂可用于药品的精制。在电子行业可用于调整覆铜板固化剂的粘度等。DMF还可用作载体溶剂与BF3（三氟化硼）形成一种聚合晶体，使BF3由气体变成固体而易于运输。作为高沸点的极性(亲水性)非质子性溶剂，它能促进双分子亲核取代反应（SN₂）机理的进行。此外，二甲基甲酰胺在加氢、脱氢、脱水和脱卤化氢的反应中具有催化作用，使反应温度降低，产品纯度提高。
