四甲基乙二胺广泛用作金属离子的配体。可与许多金属卤化物（如氯化锌、碘化亚铜）生成稳定、易溶于有机溶剂中的配合物，其中TMEDA为双齿配位。
四甲基乙二胺对锂离子有特殊的亲和性，可使丁基锂解聚，活性增加。BuLi/TMEDA可与许多底物（如苯、呋喃、噻吩、N-烷基吡咯、二茂铁）发生配位（甚至是双配位）。许多有机金属配阴离子已以其 [Li(tmeda)2]+ 盐的形式分离出来，其中 [Li(tmeda)2]+ 类似季铵离子如 [NEt4]+。
2.与过硫酸铵连用催化丙烯酰胺的聚合，制取在凝胶电泳用于分离蛋白质或核酸的聚丙烯酰胺凝胶。经典用量是 0.1-0.2% v/v 四甲基乙二胺，实际用量随方法不同有差异。
3.四甲基乙二胺是中等活性发泡催化剂，发泡/凝胶平衡性催化剂，可用于热模塑软泡、聚氨酯半硬泡及硬泡，促进表皮形成，可作为三乙烯二胺的辅助催化剂。
4.四甲基乙二胺可用水处理剂（）、农药、医药合成原料；可用作生化试剂、环氧树脂交联剂，也是季胺化合物合成的中间体原料。
