Trifluoromethanesulfonyl chloride ถูกใช้อย่างแพร่หลายในการสังเคราะห์อินทรีย์ในฐานะสารเคมีที่ทรงพลังสำหรับการนำกลุ่ม trifluoromethanesulfonyl (triflyl) เข้าสู่โมเลกุล มีคุณค่าอย่างยิ่งในการเตรียม triflates ซึ่งเป็นสารกลางที่ทำปฏิกิริยาสูงในปฏิกิริยาเคมีต่างๆ รวมถึงปฏิกิริยา cross-coupling, การแทนที่นิวคลีโอฟิลิก และการพอลิเมอไรเซชัน สารนี้ยังถูกนำมาใช้ในการสังเคราะห์ยาและสารเคมีเกษตร โดยที่กลุ่ม triflyl ช่วยเพิ่มความเสถียรและการทำปฏิกิริยาของโมเลกุลเป้าหมาย นอกจากนี้ ยังทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาหรือตัวเร่งร่วมในกระบวนการแปลงสารอินทรีย์บางชนิด เช่น ปฏิกิริยา Friedel-Crafts acylation และ esterification เนื่องจากมีลักษณะ electrophilic ที่แข็งแกร่ง การประยุกต์ใช้ยังขยายไปสู่สาขาวิทยาศาสตร์วัสดุ โดยใช้ในการปรับเปลี่ยนพอลิเมอร์และสร้างสารเคลือบพิเศษที่มีคุณสมบัติเฉพาะตัว