硫酸二甲酯对皮肤、粘膜有强烈的刺激作用。短期内大量吸入，初始仅有眼和上呼吸道刺激症状。经数小时至24小时，刺激症状加重，可有畏光、流泪，结膜充血，眼睑水肿或痉挛、咳嗽、胸闷、气急，可发生喉头水肿或支气管粘膜脱落致窒息、肺水肿，成人呼吸窘迫症，并可并发皮下气肿、气胸、纵隔气肿。误服灼伤消化道，可致眼、皮肤灼伤。长期接触低浓度，可刺激眼和上呼吸道。
在遇高热、明火或与氧化剂接触时有引起燃烧的危险，与氢氧化铵或叠氮化钠等反应剧烈，会引起火灾或爆炸事故。
硫酸二甲酯的蒸气比空气密度大，因此泄漏之后，其蒸气很难驱散，能在现场附近保留很长时间。
