4-Chloroisatin ถูกใช้เป็นสารตั้งต้นในการสังเคราะห์สารประกอบที่มีฤทธิ์ทางชีวภาพ โดยเฉพาะในอุตสาหกรรมยา ซึ่งนำไปพัฒนาเป็นสารที่มีฤทธิ์ต้านจุลชีพ ต้านไวรัส และต้านมะเร็ง สารนี้ยังใช้ในงานวิจัยด้านเคมีเชิงสังเคราะห์เพื่อสร้างสารอนุพันธ์ที่มีโครงสร้างซับซ้อน โดยเฉพาะในกลุ่มของอินโดนและออกซินที่แสดงฤทธิ์ทางเภสัชวิทยา รวมถึงมีการประยุกต์ใช้ในด้านวัสดุศาสตร์สำหรับการพัฒนาเซนเซอร์เคมีบางประเภท