N,N,N',N'-Tetramethylmalonamide ใช้หลักเป็นสารตัวทำละลายในปฏิกิริยาเคมีต่างๆ โดยเฉพาะการสังเคราะห์อินทรีย์ ความมีขั้วสูงและความเสถียรทำให้เหมาะสำหรับปฏิกิริยาที่ต้องการสื่อกลางโพลาร์ที่ไม่ทำปฏิกิริยา นอกจากนี้ยังใช้ในการสกัดและทำให้บริสุทธิ์สารประกอบบางชนิด เนื่องจากสามารถละลายสารได้หลากหลาย นอกจากนี้ยังประยุกต์ใช้ในสาขาเคมีโพลิเมอร์เป็นสารอ่อนนุ่มหรือสารเติมแต่งเพื่อปรับคุณสมบัติของโพลิเมอร์ เพิ่มความยืดหยุ่นและการแปรรูป ในบางกรณีใช้ในการพัฒนาอิเล็กโทรไลต์สำหรับแบตเตอรี่ ซึ่งช่วยเพิ่มการนำไฟฟ้าและประสิทธิภาพ