เมทิลฟอสโฟโนไทโออิกไดคลอไรด์ ใช้หลักในการสังเคราะห์สารประกอบออร์กาโนฟอสฟอรัส ซึ่งมีบทบาทสำคัญในด้านสารเคมีสงคราม มันเป็นสารกลางสำคัญในการผลิตสารประสาท เช่น VX เนื่องจากสามารถสร้างเอสเทอร์ฟอสโฟโนไทโอเอตที่มีพิษสูง

นอกจากการใช้งานทางทหาร สารนี้ยังใช้ในการวิจัยและพัฒนาเพื่อศึกษากลไกของสารประสาทและพัฒนายาแก้พิษหรือมาตรการป้องกัน ความสามารถในการทำปฏิกิริยากับนิวคลิโอไฟล์ต่างๆ ทำให้เป็นสารเคมีที่มีคุณค่าการสังเคราะห์อินทรีย์ โดยเฉพาะในการสร้างลิแกนด์ที่มีฟอสฟอรัสสำหรับใช้ในปฏิกิริยาคะตะไลซิส

นอกจากนี้ เมทิลฟอสโฟโนไทโออิกไดคลอไรด์ยังใช้ในการพัฒนายาฆ่าแมลงและสารกำจัดศัตรูพืช ซึ่งอนุพันธ์ของมันสามารถทำหน้าที่เป็นสารที่มีประสิทธิภาพต่อศัตรูพืชหลากหลายชนิด อย่างไรก็ตาม การจัดการต้องระมัดระวังอย่างยิ่งเนื่องจากมีความเป็นพิษสูงและอาจถูกนำไปใช้ในทางที่เป็นอันตราย