โซเดียมเทอร์ต-บูทอกไซด์ถูกใช้อย่างแพร่หลายเป็นฐานที่แรงในการสังเคราะห์อินทรีย์ โดยเฉพาะในปฏิกิริยาการดิโปรโทเนชัน (deprotonation reactions) มักใช้ในการก่อตัวพันธะคาร์บอน-คาร์บอน เช่น ในปฏิกิริยาการควบแน่นอัลโดล (aldol condensations) และปฏิกิริยาการอัลคิเลชัน (alkylation reactions) ความใหญ่ของหมู่สเตอริกทำให้มีประสิทธิภาพในการส่งเสริมปฏิกิริยาการกำจัด เช่น กลไก E2 ซึ่งช่วยในการก่อตัวอัลคีนจากอัลคิลฮาไลด์ นอกจากนี้ ยังทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาหรือตัวเร่งในการสังเคราะห์ยา สารเคมีเกษตร และเคมีภัณฑ์ละเอียด (fine chemicals) ความสามารถในการสร้างอินเทอร์มีเดียตที่ตอบสนองสูงทำให้มีคุณค่าในกระบวนการพอลิเมอไรเซชัน โดยเฉพาะในการผลิตโพลิเมอร์เฉพาะทาง เนื่องจากความเป็นเบสที่แรง จึงใช้ในการเตรียมโครงสร้างโลหะ-อินทรีย์ (metal-organic frameworks: MOFs) และวัสดุขั้นสูงอื่นๆ