El tolueno se deriva del alquitrán de hulla y del petróleo. Se encuentra en la gasolina y en muchos disolventes derivados del petróleo. Se utiliza para producir trinitrotolueno (TNT), diisocianato de tolueno y benceno; como ingrediente para tintes, fármacos y detergentes; y como disolvente industrial para cauchos, pinturas, recubrimientos y aceites.

El tolueno tiene numerosas aplicaciones en la industria química y petrolera, con aproximadamente 6 millones de toneladas utilizadas anualmente en Estados Unidos y 16 millones de toneladas utilizadas a nivel mundial. El principal uso del tolueno es como potenciador de octano en la gasolina. El tolueno tiene un octanaje de 114. El tolueno es uno de los cuatro principales compuestos aromáticos, junto con el benceno, el xileno y el etilbenceno, que se producen durante la refinación para mejorar el rendimiento de la gasolina. En conjunto, estos cuatro compuestos se abrevian como BTEX. BTEX es un componente principal de la gasolina, representando aproximadamente el 18% en peso de una mezcla típica. Si bien la proporción de los aromáticos varía para producir diferentes mezclas que satisfagan los requisitos geográficos y estacionales, el tolueno es uno de los componentes principales. Una gasolina típica contiene aproximadamente un 5% de tolueno en peso.
El tolueno es una materia prima primaria utilizada para producir diversos compuestos orgánicos. Se utiliza para producir diisocianatos. Los isocianatos contienen el grupo funcional ?N = C = O, y los diisocianatos contienen dos de estos. Los dos diisocianatos principales son el tolueno-2,4-diisocianato y el tolueno-2,6-diisocianato. La producción de diisocianatos en Norteamérica se acerca a los mil millones de libras anuales. Más del 90% de la producción de tolueno-diisocianato se utiliza para fabricar espumas de poliuretano. Estas últimas se utilizan como relleno flexible en muebles, ropa de cama y cojines. En forma rígida, se utiliza para aislamientos, revestimientos de carcasas rígidas, materiales de construcción, autopartes y ruedas de patines.

En la fabricación de ácido benzoico, benzaldehído, explosivos, colorantes y muchos otros compuestos orgánicos; como disolvente para pinturas, lacas, gomas, resinas; diluyente para tintas, perfumes, colorantes; en la extracción de diversos principios de plantas; como aditivo para gasolina.