Dimljiva sumporna kiselina, koja se češće naziva oleum, dobiva se otapanjem sumpornog trioksida (SO3) u koncentriranoj sumpornoj kiselini (H2SO4). To rezultira mješavinom spojeva uključujući sumpornu kiselinu, disumpornu kiselinu (H2S2O7) i slobodni sumporni trioksid. Budući da je hlapljiv, sumporov trioksid uzrokuje isparavanje kiseline jer upija vlagu iz zraka, stvarajući oblak sitnih kapljica sumporne kiseline. Dimljiva sumporna kiselina proizvodi se normalnim industrijskim postupkom koji se koristi za proizvodnju sumporne kiseline, a većina se pretvara u ovu kemikaliju. Međutim, relativno mali udio zadržava se kao oleum i koristi se u proizvodnji eksploziva, lijekova i boja.
Industrijski proces koji se koristi za proizvodnju sumporne kiseline počinje oksidacijom sumporovog dioksida (SO2) kako bi se dobio sumporov trioksid; ova tvar mogla bi reagirati s vodom (H2O) da bi se dobila sumporna kiselina. Ova je reakcija, međutim, previše burna da bi je bilo lako kontrolirati, pa se sumpor trioksid umjesto toga otapa u postojećoj koncentriranoj sumpornoj kiselini kako bi nastao oleum – dimljiva sumporna kiselina. Veći dio toga se zatim pretvara u sumpornu kiselinu pažljivim dodavanjem odgovarajućem volumenu vode. Sve dok se oleum dodaje u vodu, a ne obrnuto, reakcija je, iako egzotermna, kontrolirana. Preostali oleum može se koristiti u druge industrijske svrhe.
Oleum je dostupan u različitim stupnjevima, ovisno o količini otopljenog sumporovog trioksida. Spremnici će označiti ocjenu navodeći udio slobodnog sumporovog trioksida – na primjer, 20%, 30% ili 65%. Oleum je inače uljna tekućina koja dimi, ali neki oblici su čvrsti na sobnoj temperaturi.
Sumporni trioksid reagira sa sumpornom kiselinom kako bi se dobila disumporna kiselina, također nazvana pirosumporna kiselina: SO3 + H2SO4 → H2S2O7. Čista disumporna kiselina je kruta na sobnoj temperaturi, ali se rijetko koristi u industriji ili u laboratoriju. U oleumu postoji uz sumpornu kiselinu, slobodni sumporov trioksid i moguće neke složenije molekule.
Dimljiva sumporna kiselina je još snažnije sredstvo za dehidrataciju od sumporne kiseline. Vrlo burno reagira s vodom, oslobađajući veliku količinu topline i raspršivanja kiseline, osim ako se polako dodaje u vodu. Poput sumporne kiseline, uklanja vodu iz ugljikohidrata, ostavljajući ugljik, tako da ugljeni papir, drvo i mnoge druge organske materijale. Ovom reakcijom oslobađa se toliko topline da može uzrokovati izgaranje.
Glavna primjena dimeće sumporne kiseline je u reakcijama nitriranja. Miješa se s dušičnom kiselinom kako bi se proizveli nitronijevi (NO2+) ioni koji dodaju nitro (NO2) skupine organskim spojevima. Za mnoge od ovih reakcija bitno je da nema vode. To se obično postiže miješanjem komercijalne — 68.5% — dušične kiseline s dimećom sumpornom kiselinom tako da potonja apsorbira svu vodu. Reakcije nitriranja važne su u proizvodnji eksploziva i bojila.
Oleum se također koristi kao sulfonirajući agens u organskoj kemiji. To znači da organskom spoju može dodati skupinu sulfonske kiseline (SO3H). Sulfonirani spojevi uključuju važne lijekove kao što su sulfonamidi, kao i deterdžente i boje.
Zbog svojih dehidrirajućih svojstava, burne reakcije s vodom i hlapljivosti, dimeća sumporna kiselina vrlo je opasna kemikalija za rad. U dodiru s kožom uzrokuje teške opekline, a udisanje para može uzrokovati ozbiljna oštećenja dišnog sustava. U laboratorijima se pokusi s ovom kiselinom obično provode unutar dimovodne nape.