Thallium(III) trifluoroacetate ใช้หลักๆ เป็นรีเอเจนต์ในกระบวนการสังเคราะห์สารอินทรีย์ โดยเฉพาะในปฏิกิริยาออกซิเดชัน มีประสิทธิภาพสูงในการแปลงอัลคีนเป็นสารประกอบคาร์บอนิล เช่น คีโตนและอัลดีไฮด์ ผ่านการตัดออกซิเดชัน รีเอเจนต์นี้ยังใช้ในการสังเคราะห์โมเลกุลอินทรีย์ที่ซับซ้อน รวมถึงผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติ เนื่องจากความสามารถในการอำนวยการเปลี่ยนแปลงเฉพาะเจาะจงด้วยความเลือกสูง นอกจากนี้ ยังใช้ในการเตรียมสารประกอบออร์กาโนธallium ซึ่งทำหน้าที่เป็นสารตัวกลางในกระบวนการเคมีต่างๆ คุณสมบัติการออกซิไดซ์ที่แรงทำให้มีคุณค่าในงานวิจัยและการประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมที่ต้องการการออกซิเดชันที่แม่นยำและมีประสิทธิภาพ