ไตรเมทิลไทโอยูเรียมีการใช้งานหลักในอุตสาหกรรมเคมีเป็นสารตัวกลางในการสังเคราะห์สารเคมีอื่น ๆ โดยเฉพาะในกระบวนการผลิตยาฆ่าแมลงและสารกำจัดวัชพืช นอกจากนี้ยังใช้เป็นสารเร่งปฏิกิริยาในปฏิกิริยาโพลิเมอไรเซชันเพื่อผลิตโพลิเมอร์บางชนิด ในอุตสาหกรรมยาง ใช้เป็นสารช่วยในการวัลคาไนซ์เพื่อปรับปรุงคุณสมบัติทางกายภาพของยางให้มีความทนทานและยืดหยุ่นมากขึ้น ไตรเมทิลไทโอยูเรียยังมีบทบาทในกระบวนการผลิตสีย้อมและสารกันบูดบางชนิดอีกด้วย