DMSO משמש בתעשייה הכימית כממס בתגובות כימיות רבות וכן כממס של חומרים לקראת בדיקתם בשיטות אנליטיות שונות, כגון NMR. בנוסף משמשת התרכובת כמסיר צבע וכחומר ניקוי בתעשיית האלקטרוניקה. DMSO מסוגל לחדור בקלות דרך ממברנת התא ביצורים חיים ולשאת עמו תרכובות המומסות בו. ברפואה מנוצלת תכונה זו לשם הקלת הספיגה של תרופות בגוף, ומספר תרופות ניתנות בתוספת DMSO. בנוסף משמש לעיתים DMSO כתרופה אנטי-דלקתית. בביולוגיה המולקולרית משתמשים ב-DMSO על מנת להחדיר תרכובות שונות לתאים; במיוחד מדובר בהחדרת DNA זר לתאי חיידקים לשם שכפולם (תהליך הקרוי טרנספורמציה). DMSO מסוגל גם לעיתים לשפר את יעילותן של תגובות PCR; התרכובת מקלה על הפרדת שני גדילי ה-DNA בשלב הראשון של ה-PCR.