Dilithium ist eine kristaline Substanz, die für den Fluss der Materie und Anti-Materie in den Warpreaktoren der Föderation und Klingonen benötigt wird, da es nicht mit Antimaterie reagiert, wenn es damit in Berührung kommt. Der Abbau von Dilithium-Kristallen ist ein höchst lukratives Geschäft und es kam häufig zu Auseinandersetzungen um den Abbau (TOS: "Die Frauen des Mr. Mudd", "Brautschiff Enterprise"). Im 24. Jahrhundert werden die Dilithiumkristalle, die an Bord eines Schiffes verbraucht werden wieder regeneriert. Desweiteren kann Dilithium auch zu Trilithium verarbeitet werden (VOY: "Das Hochsicherheitsgefängnis").
Planeten oder Planetoiden mit hohen Dilithium-Vorkommen sind unter anderem Drema IV, Coridan , Rura Penthe und Remus (TOS: "Reise nach Babel"; TNG: "Brieffreunde"; "Star Trek VI: Das unentdeckte Land"').
- Ursprünglich wollten die Autoren Lithium für Raumreisen mit Überlichtgeschwindigkeit verwenden, doch ist bekannt, dass der Stoff nicht über die benötigten Eigenschaften verfügt, sodass aus Lithium Dilithium wurde.