โซเดียมไทโอเมทอกไซด์ใช้อย่างแพร่หลายในการสังเคราะห์อินทรีย์ในฐานะนิวคลีโอไฟล์และเบสที่แข็งแกร่ง มีบทบาทสำคัญในการก่อตัวพันธะคาร์บอน-ซัลเฟอร์ ทำให้มีคุณค่าต่อการผลิตยา สารเคมีเกษตร และสารเคมีพิเศษ โดยเฉพาะอย่างยิ่งมีประสิทธิภาพในปฏิกิริยาการแทนที่นิวคลีโอไฟล์ ซึ่งช่วยให้แทนที่ฮาโลเจนหรือกลุ่มออกอื่นๆ ด้วยกลุ่มไทโอเมทิล นอกจากนี้ยังใช้ในการสังเคราะห์ฮีเทอโรไซเคิลที่มีซัลเฟอร์ ซึ่งสำคัญในเคมียารักษา ความตอบสนองของมันยังทำให้มีประโยชน์ในการเตรียมสารออร์กาโนซัลเฟอร์ ซึ่งมีคุณสมบัติในวิทยาศาสตร์วัสดุและการเร่งปฏิกิริยา