เททระเมทิลยูเรียถูกใช้เป็นตัวทำละลายในกระบวนการสังเคราะห์สารเคมีต่างๆ เนื่องจากมีความสามารถในการละลายสารประกอบอินทรีย์ได้ดี นอกจากนี้ยังใช้เป็นสารเติมแต่งในกระบวนการผลิตโพลีเมอร์เพื่อปรับปรุงคุณสมบัติทางกายภาพของวัสดุ ในอุตสาหกรรมยา เททระเมทิลยูเรียอาจถูกนำมาใช้เป็นสารกลางในการสังเคราะห์ยาบางชนิด เนื่องจากมีความเสถียรและสามารถทำปฏิกิริยาได้ดีกับสารตั้งต้นอื่นๆ นอกจากนี้ยังมีการใช้ในงานวิจัยทางเคมีเพื่อศึกษากลไกการเกิดปฏิกิริยาต่างๆ เนื่องจากมีคุณสมบัติที่เหมาะสมสำหรับการทดลองในห้องปฏิบัติการ