Metillítio é fortemente básico e altamente nucleofílico devido à carga parcial negativa sobre o carbono e é, portanto, particularmente reativo para aceitadores de elétrons e doadores de prótons. Em contraste com N-BuLi, MeLi reage apenas muito lentamente com THF à temperatura ambiente, e soluções em éter são indefinidamente estáveis. Água e álcoois reagem violentamente. A maioria das reações envolvendo metillítio são conduzidas abaixo da temperatura ambiente. Embora MeLi possa ser usado para desprotonações, n-butillithium é mais comumente empregado, uma vez que é menos caro e mais reativo.

Metillítio é usado principalmente como o equivalente sintético do anião-metilo Sinton. Por exemplo, cetonas reagem para dar álcoois terciários em um processo de duas etapas:

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

Metalóide halogenetos de são convertidos para metil compostos com methyllithium:

PCl3 + 3 MeLi → PMe3 + 3 LiCl

Essas reações mais comumente empregam os reagentes de Grignard methylmagnesium halogenetos, que muitas vezes são igualmente eficazes, e o menos caro ou mais facilmente preparados in situ.também reage com dióxido de carbono para dar Acetato De Lítio.:

CH3Li + CO2 → CH3CO2−Li+

compostos metílicos de transição podem ser preparados por reação de MeLi com haletos metálicos. Especialmente importante é a formação de compostos organocopper (reagentes Gilman), dos quais o mais útil é o dimetilcuprato de lítio. Este reagente é amplamente utilizado para substituições nucleofílicas de epóxidos, haletos de alquilo e sulfonatos de alquilo,bem como para adições conjugadas a α, compostos carbonílicos β-insaturados pelo anião metilo. Muitos outros compostos metálicos de transição foram preparados.

ZrCl4 + 6 MeLi → Li2ZrMe6 + 4 LiCl