丙二酸二乙酯的亞甲基受兩個羰基的影響，活性較高。它與乙醇鈉作用生成鈉鹽，繼而與鹵代烴反應，生成一元或二元烴基取代的丙二酸二乙酯。它們均是有機合成的重要中間體，例如，可進一步水解脫羧形成羧酸：
式中R、R′為烴基。丙二酸二乙酯可進行亞硝化反應,進一步還原則生成氨基丙二酸二乙酯，是合成氨基酸的重要中間體。丙二酸二乙酯與羰基化合物起縮合反應，生成不飽和化合物RCH=C(COOC2H5)2。烴基取代的丙二酸二乙酯與脲縮合，生成巴比妥，是常用的安眠藥： 丙二酸二乙酯易被鹵素取代，生成鹵代丙二酸二乙酯，也可被三氧化二氮氧化成氧代丙二酸酯O=C(COOC2H5)2。這些化合物在理論上和合成上均有價值。
丙二酸二乙酯是以氯乙酸鈉為原料，先與氰化鈉作用生成氰乙酸鈉，再用乙醇酯化制得。丙二酸二乙酯是重要的化工原料和有機合成試劑，廣泛用于藥物和染料的合成。