DMSO在化学反应中起到反应溶剂、反应试的双重作用，对某些不能实现的反应在DMSO中能顺利进行，对某些化学反具有加速、催化作用，提高收率，改革产品性能。
亲核取代反应：DMSO为卤代烷及磺酸酯亲核离解溶剂，能生成加成物，反应速率比一般非质子溶剂快155倍，在烷基化反应中占有重要地位。
卤代烷与无机氰化物反应制备腈，不易反应。在DMSO中反应速度快，收率高。亚硝酸钠与卤代烷或a―卤代酯转变为硝基物，也有类似效果。
阻扰反应不易制备芳烃氟化物，但在DMSO中氟化钾与氯代芳烃等易起置换反应制得产率很高的氟交换。溴苯与叔丁醇钾在DMSO中不用热即生成苯叔丁醚。
消除反应：苄醇及脂肪族叔醇在DMSO中生成稀，磺酸酯及卤代烷在DMSO中加热生成烯。Cope消除反应在DMSO中室温下能顺利进行，且反应速度比在水中快105倍。
亲电取代反应：在DMSO中一些饱和碳原子上亲电取代反应能快速进行。如：烯醇钠盐在苯中用卤代烷烷基化时，加入0.65mol/L浓度的DMSO，能使反应，在DMSO中比在二氧六环中快20倍。有机物中氢-重氢在碱催化下交换速率在DMSO中比在醇中高109倍。在DMSO使不对称α―碳消旋速率比在叔丁醇中高106倍。
双建重排：在DMSO中经叔丁醇钾催化可产生双键重排，反应能在低温下均相进行。