二甲基乙酰胺广泛应用于石油加工和有机合成工业中。二甲基乙酰胺对多种树脂尤其是聚氨酯树脂、聚酰亚胺树脂有良好的溶解性能，常常用作耐热纤维、塑料薄膜、涂料、医药、催化剂和丙烯腈纺丝的助剂，二甲基乙酰胺也用于从C8馏分分离苯乙烯的萃取蒸馏溶剂。在石油化工过程中，二甲基乙酰胺是*的催化剂，它能使环化、卤化、氰化、烷基化和脱氢等反应加速，且能提高主要产物的收率。
目前在医药和农药上大量用二甲基乙酰胺来合成抗菌素和农药杀虫剂。作为一种非质子性的极性溶剂，二甲基乙酰胺是许多有机合成反应的优良溶剂。目前，在国内二甲基乙酰胺多用于生产聚酰亚胺薄膜、可溶性聚酰亚胺、聚酰亚胺-聚全氟乙丙烯复合薄膜、聚酰亚胺（铝）薄膜、可溶性聚酰亚胺模塑粉YS-20等。

二甲基乙酰胺主要用于有机和医药工业中用作溶剂，塑料工业用于制造聚酰胺树脂和树胶，化纤工业用作丙烯腈纺丝溶剂，化工生产中用于制造催化剂、电解溶剂，涂料工业用于配制去漆剂以及多种结晶性的溶剂加合物和络合物，分析化学中用作化学试剂。

二甲基乙酰胺对人的眼睛、皮肤、呼吸道粘膜有较强的刺激作用，经常接触二甲基乙酰胺，可导致肝、肾、心、血管、神经等系统出现不正常症状。二甲基乙酰胺的毒性比二甲基甲酰胺强，空气中二甲基乙酰胺zui高允许浓度为20 ppm。各国都制定了相关标准，对工作场所的空气中二甲基乙酰胺的zui高允许浓度进行了限定。