ฟีนิลลิเทียมใช้เป็นสารตั้งต้นสำคัญในปฏิกิริยาเคมีอินทรีย์ โดยเฉพาะในปฏิกิริยาการเติมหมู่ฟีนิลเข้าไปในโมเลกุลต่างๆ เช่น การสังเคราะห์สารประกอบอะโรมาติกหรือการสร้างพันธะคาร์บอน-คาร์บอน นอกจากนี้ยังใช้ในกระบวนการผลิตโพลีเมอร์และวัสดุพิเศษ รวมถึงการสังเคราะห์ยาและสารเคมีทางการเกษตร ฟีนิลลิเทียมยังมีบทบาทในงานวิจัยทางเคมีเพื่อพัฒนาสารใหม่ๆ และศึกษากลไกปฏิกิริยา อย่างไรก็ตาม ต้องใช้ด้วยความระมัดระวังเนื่องจากเป็นสารไวไฟและทำปฏิกิริยารุนแรงกับน้ำหรือความชื้น