สารละลายฟีนิลลิเธียมถูกใช้อย่างแพร่หลายในการสังเคราะห์อินทรีย์ในฐานะฐานที่แรงและนิวคลีโอไฟล์ มักใช้ในการก่อตัวพันธะคาร์บอน-คาร์บอน โดยเฉพาะในการสังเคราะห์โมเลกุลอินทรีย์ที่ซับซ้อน หนึ่งในการประยุกต์ใช้หลักคือในการเตรียมสารประกอบอะริลผ่านปฏิกิริยา เช่น การเติมลงในสารประกอบคาร์บอนิล ซึ่งนำไปสู่การก่อตัวของแอลกอฮอลหลังจากการไฮโดรไลซิส นอกจากนี้ยังใช้ในการสังเคราะห์เภสัชภัณฑ์ ซึ่งช่วยในการนำกลุ่มฟีนิลเข้าไปในโครงสร้างโมเลกุล นอกจากนี้ ฟีนิลลิเธียมยังใช้ในการพอลิเมอไรเซชันของมอนอเมอร์บางชนิดและในการเตรียมสารประกอบออร์แกโนเมทัลลิก ความตอบสนองของมันทำให้เป็นรีเอเจนต์ที่มีค่าต่อการวิจัยและเคมีอุตสาหกรรมในการสร้างโครงสร้างอินทรีย์ที่ซับซ้อน