非平衡組成的混合二甲苯轉化為接近熱力學平衡組成的二甲苯混合物是主反應之一，同時另一主反應是乙苯轉化為二甲苯。在二甲苯異構化催化劑的酸性功能和金屬功能上，通過主反應可以達到預期的異構化轉化率和乙苯轉化率。
在主反應發生的同時，伴隨著一系列副反應的發生，如乙苯自身、乙苯與二甲苯、二甲苯自身之間的歧化和烷基轉移反應，乙苯與二甲苯的脫烷基，乙苯的加氫飽和及開環裂解等反應。主要副反應如下：歧化反應、烷基轉移反應、脫烷基反應、加氫開環裂解反應。
