3,5-Dimethylisoxazole-4-sulfonyl chloride ใช้หลักๆ เป็นสารกลางสำคัญในการสังเคราะห์อินทรีย์ โดยนำไปใช้ในการเตรียมอนุพันธ์ซัลโฟนาไมด์ต่างๆ อนุพันธ์เหล่านี้ถูกนำไปใช้อย่างแพร่หลายในการพัฒนายา โดยเฉพาะในการสร้างยาต้านแบคทีเรียและยาต้านไวรัส นอกจากนี้ยังนำไปประยุกต์ในการสังเคราะห์สารเคมีเกษตร สนับสนุนการผลิตสารกำจัดวัชพืชและยาฆ่าแมลง กลุ่มซัลโฟนิลคลอไรด์ที่ทำปฏิกิริยาได้ช่วยให้เกิดการจับคู่กับอะมีนได้อย่างมีประสิทธิภาพ ทำให้มีคุณค่าในการเคมีเปปไทด์และการปรับเปลี่ยนชีวโมเลกุล สารนี้ยังถูกสำรวจในวิทยาศาสตร์วัสดุสำหรับการพัฒนาโพลิเมอร์ขั้นสูงและสารเคลือบที่มีคุณสมบัติเฉพาะ นอกจากนี้ยังใช้ในกระบวนการ sulfonylation ซึ่งเป็นการเติมกลุ่มซัลโฟนิลเข้าไปในโมเลกุลเป้าหมาย เนื่องจากมีความเสถียรและสามารถทำปฏิกิริยาได้ดีกับสารตั้งต้นหลายชนิด