ลิเธียมไดเมทิลอะไมด์ใช้กันอย่างแพร่หลายเป็นฐานที่แรงในการสังเคราะห์อินทรีย์ โดยเฉพาะในปฏิกิริยาการกำจัดโปรตอน (deprotonation) มีประสิทธิภาพสูงในการสร้างคาร์บาไนออนจากสารประกอบที่เป็นกรดอ่อน ทำให้มีคุณค่าในการสร้างพันธะคาร์บอน-คาร์บอน สารนี้มักใช้ในการสังเคราะห์โมเลกุลอินทรีย์ที่ซับซ้อน รวมถึงยาและสารเคมีละเอียด นอกจากนี้ยังใช้ในการเตรียมสารประกอบออร์กาโนลิเธียม ซึ่งทำหน้าที่เป็นสารกลางในกระบวนการทางเคมีต่างๆ ลิเธียมไดเมทิลอะไมด์ยังพบการใช้งานในกระบวนการโพลิเมอไรเซชัน โดยทำหน้าที่เป็นตัวเริ่มต้นหรือตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับการผลิตโพลิเมอร์เฉพาะ ความเป็นฐานที่แรงและปฏิกิริยาที่ดีทำให้เป็นเครื่องมือที่หลากหลายทั้งในงานวิจัยทางวิชาการและเคมีอุตสาหกรรม