硫酸二甲酯是一種重要的有機化合物，化學式為(CH3O)2SO2，具有多種用途。其主要套用和功能包括：
用作甲基化試劑。在有機合成中，硫酸二甲酯被廣泛用作甲基化試劑，參與羧酸、醇、酚、內醯胺、肟、羥胺和氫過氧化物的甲基化反應。其可用於製備N-甲基烷基胺、芳基取代胺、醯胺和季銨鹽等化合物。
用於醫藥、農藥、染料和香料的有機合成。在醫藥工業中，硫酸二甲酯可用於合成多種藥物，如丙酮肟在鹼性條件下甲基化為O-甲基丙酮肟，進而生成甲氧胺鹽酸鹽，這是一種重要的化工和藥物中間體。在農藥和染料製造業中，其用於合成陽離子染料、活性染料等。例如，以硫酸二甲酯為甲基化試劑合成間甲基苯甲醚，進一步用於熒烷類熱敏染料的合成。在香料合成中，硫酸二甲酯可用於合成酚類、醚類、醛類等香料。
作為溶劑。硫酸二甲酯微溶於水，但可溶於乙醇、乙醚、丙酮等溶劑，因此其也被用作提取芳香烴類的溶劑。
其他套用。此外，硫酸二甲酯還具有酯化催化劑的特性，可用於有機合成中的酯化反應。其也可用於塑膠改性，如將三聚氰胺-甲醛樹脂分子中的叔胺季銨化，從而在大分子鏈上引入離子，製得具有導電性的結構型抗靜電塑膠。
儘管硫酸二甲酯在多個領域中有著廣泛的套用，但其具有毒性，使用時需要採取適當的安全措施。