Methyllithium er både stærkt basisk og stærkt nukleofilt på grund af den partielle negative ladning på kulstof og er derfor særlig reaktiv over for elektronacceptorer og protondonorer. I modsætning til n-BuLi reagerer MeLi kun meget langsomt med THF ved stuetemperatur, og opløsninger i ether er på ubestemt tid stabile. Alkohol og vand reagerer voldsomt. De fleste reaktioner, der involverer methyllithium, udføres under stuetemperatur. Selvom MeLi kan bruges til deprotonationer, anvendes n-butyllithium mere almindeligt, da det er billigere og mere reaktivt.

Methyllithium anvendes hovedsageligt som den syntetiske ækvivalent af methylanionsynton. For eksempel reagerer ketoner for at give tertiære alkoholer i en to-trins proces:

Ph2CO + MeLi kur Ph2C(Me)OLi Ph2C(Me)OLi + H+ kur Ph2C(Me)OH + Li+

ikke-metalhalogenider omdannes til methylforbindelser med methyllithium:

PCl3 + 3 MeLi kur PMe3 + 3 LiCl

sådanne reaktioner anvender mere almindeligt Grignard-reagenserne methylmagnesiumhalogenider, som ofte er lige så effektive og billigere end Metyllithium;

PCl3 + 3 MeLi kur PMe3 + 3 LiCl

sådanne reaktioner anvender mere almindeligt Grignard-reagenserne methylmagnesiumhalogenider, som ofte er lige så effektive og billigere eller lettere forberedt in situ.

det reagerer også med kulsyre for at give Lithiumacetat:

CH3Li + CO2−liter CH3CO2-Li+

overgangsmetalmethylforbindelser kan fremstilles ved reaktion af MeLi med metalhalogenider. Særligt vigtigt er dannelsen af organocopperforbindelser (Gilman reagenser), hvoraf den mest nyttige er lithiumdimethylcuprate. Dette reagens anvendes i vid udstrækning til nukleofile substitutioner af epoksider, alkylhalogenider og alkylsulfonater, såvel som til konjugattilsætninger til purpur,umættede carbonylforbindelser med methylanion. Mange andre overgangsmetalmethylforbindelser er blevet fremstillet.

4 + 6 MeLi Li2crme6 + 4 LiCl