Methyllithium je oba silně základní a vysoce nucleophilic v důsledku parciální záporný náboj na uhlíku a je proto velmi reaktivní vůči elektronové akceptory a proton dárce. Na rozdíl od n-BuLi reaguje MeLi jen velmi pomalu s THF při pokojové teplotě a roztoky v etheru jsou neomezeně stabilní. Voda a alkoholy reagují prudce. Většina reakcí zahrnujících methyllithium se provádí pod pokojovou teplotou. Ačkoli MeLi lze použít pro deprotonace, n-butyllithium se běžně používá, protože je levnější a reaktivnější.

Methyllithium se používá hlavně jako syntetický ekvivalent methylanionsynthonu. Například, ketony reagují dát terciární alkoholy ve dvou krocích:

Ph2CO + MeLi → Ph2C(Mě)OLi Ph2C(Mě)OLi + H+ → Ph2C(Mi)OH + Li+

Nekovové halogenidy jsou převedeny na methyl sloučeniny s methyllithium:

PCl3 + 3 MeLi → PMe3 + 3 LiCl

Tyto reakce běžně zaměstnávají Grignardova činidla methylmagnesium halogenidy, které jsou často stejně účinné, a levnější nebo více snadno připravit in situ.

reaguje také s oxidem uhličitým za vzniku octanu lithného:

CH3Li + CO2 → CH3CO2-Li+

methylové sloučeniny přechodných kovů lze připravit reakcí MeLi s halogenidy kovů. Zvláště důležitá je tvorba organokopírovacích sloučenin (Gilmanových činidel), z nichž nejužitečnější je dimethylcuprát lithný. Tato chemikálie je široce používán pro nucleophilic substituce epoxidy, alkyl halogenidy a alkyl sulfonates, stejně jako pro konjugát dodatky k α,β-nenasycené karbonylové sloučeniny methyl anion. Bylo připraveno mnoho dalších methylových sloučenin přechodných kovů.

ZrCl4 + 6 Meli → Li2ZrMe6 + 4 LiCl