可提煉出各種燃料油類，也可煉制出各種合成燃料氣體及化工原料，副產品還可用于制磚、水泥等建筑材料。歸納起來，油頁巖有三種主要用途：
1、干餾制取頁巖油及相關產品
若將油頁巖打碎并加熱至500℃左右，就可以得到頁巖油。我國常稱頁巖油為人造石油。一般來說，1噸油頁巖可提煉出38至378公升(相當于0.3至3.2桶)頁巖油。頁巖油加氫裂解精制后，可獲得汽油、煤油、柴油、石蠟、石焦油等多種化工產品。
2、作為燃料用來發電、取暖和運輸
首先是用來發電。利用油頁巖發電的形式有兩種。一是直接把油頁巖用作鍋爐燃料，產生蒸汽發電;另一種是把油頁巖低溫干餾，產生氣體燃料，然后輸送到內燃機燃燒發電。目前普遍采用前一種形式。其次，可以利用油頁巖燃燒供暖。在2001/2002年度，愛沙尼亞利用油頁巖發電和向居民、工業供暖所創造的效益分別占國家稅收的76%和 14%，對其國民經濟具有重要意義。再次，可以利用油頁巖燃燒帶動發動機，用于長途運輸。
3、生產建筑材料、水泥和化肥
作為附加品，油頁巖干餾和燃燒后的頁巖灰主要用于生產水泥、磚等建筑材料。在德國，每年有30萬噸油頁巖用于水泥的生產。在我國，油頁巖干餾和燃燒后的半焦灰渣用來制造砌塊、磚、水泥、陶粒等建材產品。
此外，油頁巖還可以直接用于有機肥料的生產。如我國陜西銅川市匯源實業開發總公司就擬投資1000萬元，利用印臺地區現有的油頁巖資源，在原有50000噸磷肥生產線的基礎上進行技術改造，建設年產50000噸油頁巖有機復合肥的生產線。
不同國家對油頁巖的用途不同。在愛沙尼亞，油頁巖主要用來發電和提煉頁巖油;在巴西，油頁巖主要用作運輸燃料;在德國，油頁巖主要用于制造水泥和建筑材料;在中國和澳大利亞，油頁巖主要用于提煉頁巖油和用作燃料;在俄羅斯和以色列，油頁巖主要用于發電。
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