O tolueno é derivado do alcatrão de hulha e do petróleo. Está presente na gasolina e em muitos solventes de petróleo. O tolueno é usado para produzir trinitrotolueno (TNT), diisocianato de tolueno e benzeno; como ingrediente para corantes, medicamentos e detergentes; e como solvente industrial para borrachas, tintas, revestimentos e óleos.

O tolueno tem inúmeras aplicações na indústria química e petrolífera, com aproximadamente 6 milhões de toneladas usadas anualmente nos Estados Unidos e 16 milhões de toneladas usadas globalmente. O principal uso do tolueno é como um intensificador de octanagem na gasolina. O tolueno tem uma octanagem de 114. O tolueno é um dos quatro principais compostos aromáticos, juntamente com o benzeno, o xileno e o etilbenzeno, que são produzidos durante o refino para melhorar o desempenho da gasolina. Coletivamente, esses quatro compostos são abreviados como BTEX. O BTEX é um componente importante da gasolina, formando cerca de 18% em peso de uma mistura típica. Embora a proporção dos aromáticos seja variada para produzir misturas diferentes para atender aos requisitos geográficos e sazonais, o tolueno é um dos principais componentes. Uma gasolina típica contém aproximadamente 5% de tolueno em peso.
O tolueno é uma matéria-prima primária usada para produzir vários compostos orgânicos. É usado para produzir diisocianatos. Os isocianatos contêm o grupo funcional βN = C = O, e os diisocianatos contêm dois destes. Os dois principais diisocianatos são o tolueno 2,4-diisocianato e o tolueno 2,6-diisocianato. A produção de diisocianatos na América do Norte é de cerca de um bilhão de libras anualmente. Mais de 90% da produção de diisocianato de tolueno é usada para fazer espumas de poliuretano. Estas últimas são usadas como enchimento flexível em móveis, roupas de cama e almofadas. Na forma rígida, é usado para isolamento, revestimentos rígidos, materiais de construção, peças automotivas e rodas de patins.

Na fabricação de ácido benzoico, benzaldeído, explosivos, corantes e muitos outros compostos orgânicos; como solvente para tintas, lacas, gomas, resinas; diluente para tintas, perfumes, corantes; na extração de vários princípios de plantas; como aditivo para gasolina.