DMI低毒性、溶解性强，能促进反应物溶解，加快反应速度，提高反应收率，广泛作为医药中间体、有机中间体反应中的溶剂使用。其具有的高沸点和高热稳定性，在石油化工中常作为萃取剂。由于 DMI的粘度低，介电常数高，它还可以用作高性能锂电池的电解质溶剂。 此外，其渗透能力强，高沸点和耐高温特性，它还可以作为硅芯片光刻胶的剥离剂。DMI很容易溶解污垢，它还能用来配制一种高效清洗液用于清洗玻璃和金属。在染料和颜料中，用 DMI为溶剂组分与染料及颜料混合制作的墨水，能喷绘出对比鲜明，图像画面清晰。

2-咪唑烷酮主要用于织物抗皱整理剂和脱醛剂。也可在喷墨打印墨水中起润湿、防阻塞和分散作用，提高墨水储存稳。还可用作感光材料中的螯合剂及甲醛吸收剂。造纸工业中作为除甲醛处理剂。也是各类空气清新剂、除醛剂的主要成分。

可作为有机合成中间体和医药中间体，喹啉-2，3-二羧酸是除草剂咪唑喹啉酸的中间体。

有机合成中间体。