Το τολουόλιο προέρχεται από την πίσσα άνθρακα καθώς και από το πετρέλαιο. Εμφανίζεται στη βενζίνη και σε πολλούς διαλύτες πετρελαίου. Το τολουόλιο χρησιμοποιείται για την παραγωγή τρινιτροτολουολίου (TNT), διισοκυανικού τολουολίου και βενζολίου· ως συστατικό για χρωστικές ουσίες, φάρμακα και απορρυπαντικά· και ως βιομηχανικός διαλύτης για ελαστικά, χρώματα, επιστρώσεις και έλαια.

Το τολουόλιο έχει πολυάριθμες εφαρμογές στη χημική και πετρελαϊκή βιομηχανία, με περίπου 6 εκατομμύρια τόνους να χρησιμοποιούνται ετησίως στις Ηνωμένες Πολιτείες και 16 εκατομμύρια τόνους παγκοσμίως. Η κύρια χρήση του τολουολίου είναι ως ενισχυτικό οκτανίων στη βενζίνη. Το τολουόλιο έχει αριθμό οκτανίων 114. Το τολουόλιο είναι μία από τις τέσσερις κύριες αρωματικές ενώσεις, μαζί με το βενζόλιο, το ξυλόλιο και το αιθυλοβενζόλιο, που παράγονται κατά τη διύλιση για τη βελτίωση της απόδοσης της βενζίνης. Συλλογικά, αυτές οι τέσσερις ενώσεις ονομάζονται BTEX. Το BTEX είναι ένα σημαντικό συστατικό της βενζίνης, σχηματίζοντας περίπου το 18% κατά βάρος ενός τυπικού μείγματος. Αν και η αναλογία των αρωματικών ποικίλλει για την παραγωγή διαφορετικών μειγμάτων για την κάλυψη γεωγραφικών και εποχιακών απαιτήσεων, το τολουόλιο είναι ένα από τα κύρια συστατικά. Μια τυπική βενζίνη περιέχει περίπου 5% τολουόλιο κατά βάρος.
Το τολουόλιο είναι μια κύρια πρώτη ύλη που χρησιμοποιείται για την παραγωγή διαφόρων οργανικών ενώσεων. Χρησιμοποιείται για την παραγωγή διισοκυανικών αλάτων. Τα ισοκυανικά περιέχουν τη λειτουργική ομάδα -N = C = O, και τα διισοκυανικά περιέχουν δύο από αυτές. Τα δύο κύρια διισοκυανικά είναι το 2,4-διισοκυανικό τολουόλιο και το 2,6-διισοκυανικό τολουόλιο. Η παραγωγή διισοκυανικών αλάτων στη Βόρεια Αμερική πλησιάζει το ένα δισεκατομμύριο λίρες ετησίως. Περισσότερο από το 90% της παραγωγής διισοκυανικού τολουολίου χρησιμοποιείται για την κατασκευή αφρών πολυουρεθάνης. Οι τελευταίοι χρησιμοποιούνται ως εύκαμπτο γέμισμα σε έπιπλα, κλινοσκεπάσματα και μαξιλάρια. Σε άκαμπτη μορφή χρησιμοποιείται για μόνωση, επιστρώσεις σκληρού κελύφους, οικοδομικά υλικά, ανταλλακτικά αυτοκινήτων και τροχούς για πατίνια.

Στην παρασκευή βενζοϊκού οξέος, βενζαλδεΰδης, εκρηκτικών, βαφών και πολλών άλλων οργανικών ενώσεων· ως διαλύτης για χρώματα, λάκες, κόμμεα, ρητίνες· ως αραιωτικό για μελάνια, αρώματα, χρωστικές· στην εξαγωγή διαφόρων ουσιών από φυτά· ως πρόσθετο βενζίνης.