存在于煤焦油和某些石油中。有3种同分异构体，即邻、间和对二甲苯：

二甲苯为无色液体；邻、间和对二甲苯的熔点分别为-25.2℃、-47.9℃和13.3℃，沸点分别为144.4℃、139.1℃和138.3℃；不溶于水，能与许多有机溶剂混溶。对、间和邻二甲苯催化氧化，分别生成对、间苯二甲酸和邻苯二甲酸酐；间二甲苯硝化和还原后生成4,6-二甲基-1,3-苯二胺。这些产品是生产纤维和树脂的原料。

工业上二甲苯主要由石脑油重整产物中的碳八馏分提取。工业二甲苯中含间二甲苯50%～60%（体积），邻和对二甲苯各20%～25%（体积）。邻二甲苯的沸点较高，可以用分馏法分离提纯；对二甲苯的熔点最高，可以用分步结晶法提纯，分出对二甲苯后的剩余物再经分馏，可得纯度为85%～90%的间二甲苯。

二甲苯可直接用作溶剂，或加在汽油中以提高其抗爆性能。对苯二甲酸与乙二醇聚合，可制成聚对苯二甲酸乙二酯，为涤纶纤维的原料；邻苯二甲酸酐是制造多种染料和指示剂的重要原料。