Los xilenos son buenos disolventes y se usan como tales.

Además forman parte de muchas formulaciones de combustibles de gasolina donde destacan por su elevado índice octano. En química orgánica son importantes productos de partida en la obtención de los ácidos ftálicos que se sintetizan por oxidación catalítica. Un inconveniente es la dificultad de separación de los isómeros que tienen puntos de ebullición casi idénticos (o-xileno: 144 °C; m-xileno: 139 °C; p-xileno: 138 °C).

En histología se emplea en los últimos pasos de tinciones de muestras, para verlas al microscopio, como fijador y excluyente del agua.