Dichlormethan dient als Abbeizmittel für Lacke, Entfettungsmittel und Extraktionsmittel für Koffein sowie als Lösungsmittel für Harze, Fette, Kunststoffe und Bitumen. Außerdem wird es als Kältemittel in Kühlaggregaten eingesetzt. Beim Herstellen von Polyurethanschäumen hat es lange Zeit das ungiftige, aber ozonabbauende Frigen R141 ersetzt. Aufgrund des Substitutionsgebotes werden heutzutage in Europa die meisten Polyurethanhartschäume mit Wasser oder Pentan/Cyclopentan aufgeschäumt.

In der laborchemischen Synthese ist DCM eines der gängigsten Lösungsmittel bei Reaktionen und Extraktionen und wird oft als Ersatz für das teurere und bereits an Luft und Licht zu Phosgenbildung neigende Chloroform genommen. Im Modellbau (z.B. Architektur) wird es aufgrund seiner Fähigkeit, Acrylglas transparent und schnell zu verbinden ohne die Finger zu verkleben, häufig als Klebstoff eingesetzt. Aber auch für Polystyrol kommt es im Modellbau zur Anwendung. In der Industrie wird Dichlormethan ebenfalls häufig dazu verwendet, Kunststoffe zu kleben. Dazu gehören eine Vielzahl thermoplastischer Kunststoffe. Hierbei wird der Kunststoff angelöst und nahtlos "verschweißt". Folgende Kunststoffe eignen sich zum Kleben mit Methylenchlorid: Polystyrol, Acrylglas, Polycarbonat, PET-G und ABS. Polypropylen und Polyethylen lassen sich nicht kleben, weil diese nicht löslich sind.

Bei Aufnahme von flüssigem Dichlormethan - auch über die Haut - treten Vergiftungserscheinungen wie Kopfschmerzen, Schwindel, Appetitlosigkeit, bis hin zu narkoseähnlichen Zuständen auf. Die Dämpfe sind schwerer als Luft. Bei der Verbrennung von Dichlormethan kann das gasförmige, hochgiftige Phosgen entstehen. Für Dichlormethan besteht der Verdacht auf krebserzeugende Wirkung. In Wasser gelöst schädigt es Kleinorganismen wie Daphnien.

Beim Umgang mit Dichlormethan sollte Schutzkleidung einschließlich Handschuhen getragen werden. Latex- oder Nitrilhandschuhe sind nicht ausreichend. Stattdessen sollten Handschuhe aus Viton oder Butyl verwendet werden. Butylhandschuhe sollten jedoch nur als Spritzschutz eingesetzt werden, da die Durchbruchzeit bei 8 Minuten liegt. Die Lagerung dieser Verbindung sollte in einem Temperaturbereich zwischen +15 bis +25 °C erfolgen. Dichlormethan darf keinesfalls mit metallischem Natrium oder anderen Alkalimetallen in Kontakt kommen, weil dies zu Explosionen führen kann.

Vorsicht bei Abbeizen aus den Baumärkten, die oft Dichlormethan enthalten. Diese Beizen sind zum Teil sehr wirkungsvoll, so dass bei GFK-Yachten der Gelcoat irreparabel beschädigt wird. Besonders gefährlich reagiert Dichlormethan mit Aluminium. Nicht nur dass ein Saildrive oder Z-Antrieb dabei schwer beschädigt wird, sondern die Mischung aus der Reaktion ist noch hochexplosiv.