用于合成染料，纺织助剂，医药，乳化剂，和腐蚀抑制剂，油漆去除剂，锅炉水的添加剂。它的一些盐熔点低于室温（离子液体），例如其乙酸盐和辛酸盐，用于替代一些传统溶剂。二甲基乙醇胺广泛用于药品制造。
生物化学.二甲基乙醇胺可能是神经递质乙酰胆碱的生化前体，不过该结论一直有争议。人们普遍认为二甲基乙醇胺的甲基化生成胆碱发生在大脑中，但可能并非如此。二甲基乙醇胺在肝脏中加工成胆碱，但是胆碱不能通过血脑屏障。