Methyllithium er både sterkt basisk og svært nukleofilt på grunn av den partielle negative ladningen på karbon og er derfor spesielt reaktiv mot elektron-akseptorer og protondonorer. I motsetning til n-BuLi reagerer MeLi bare veldig sakte MED THF ved romtemperatur, og løsninger i eter er ubestemt stabile. Alkohol og vann reagerer voldsomt. De fleste reaksjoner som involverer metyllitium utføres under romtemperatur. Selv Om MeLi kan brukes til deprotonasjoner, er n-butyllithium mer vanlig ansatt siden det er billigere og mer reaktivt.

Metyllitium brukes hovedsakelig som syntetisk ekvivalent av metylanionsyntonet. For eksempel reagerer ketoner for å gi tertiære alkoholer i en to-trinns prosess:

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

Ikke-Metallhalogenider omdannes til metylforbindelser med metyllitium:

PCl3 + 3 Meli → PMe3 + 3 LiCl

slike reaksjoner bruker Vanligvis Grignardreagensene metylmagnesiumhalogenider, som ofte er like effektive, og billigere eller lettere forberedt in situ.

det reagerer også Med karbondioksid for Å gi Litiumacetat:

CH3Li + CO2 → CH3CO2-Li +

Overgangsmetallmetylforbindelser kan fremstilles ved reaksjon Av MeLi med metallhalogenider. Spesielt viktig er dannelsen av organokopperforbindelser (Gilman-reagenser), hvorav det mest nyttige er litiumdimetylcuprat. Dette reagenset er mye brukt for nukleofile substitusjoner av epoksider, alkylhalogenider og alkylsulfonater, samt for konjugerte tillegg til α,β-umettede karbonylforbindelser av metylanion. Mange andre overgangsmetallmetylforbindelser har blitt fremstilt.

ZrCl4 + 6 Meli → Li2ZrMe6 + 4 LiCl