硫酸二甲酯遇碱迅速分解，遇水或湿气时水解，在冷水中分解缓慢，产生硫酸氢甲酯和甲醇，随温度上升分解加快，在50℃时能生成硫酸二甲酯气雾并水解为硫酸和甲醇。水解反应速率常数：1.7×10-4/s（25℃，pH=7，半衰期1.15 h），反应先生成硫酸一甲酯和甲醇 ，之后进一步水解生成硫酸，并伴有放热 。
