4-Hydroxy-TEMPO ถูกใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาออกซิเดชันในกระบวนการสังเคราะห์อินทรีย์ โดยเฉพาะในการเปลี่ยนแอลกอฮอล์ให้เป็นอัลดีไฮด์หรือคีโตนอย่างมีประสิทธิภาพและเลือกจำเพาะ โดยทำงานร่วมกับออกซิไดซ์อื่น เช่น โซเดียมโบรเมต หรือออกซิเจนในอากาศ ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานในห้องปฏิบัติการและอุตสาหกรรมยา นอกจากนี้ยังใช้เป็นสารต้านอนุมูลอิสระในงานวิจัยด้านชีวเคมี เพื่อศึกษาบทบาทของอนุมูลอิสระในเซลล์ และช่วยป้องกันความเสียหายของเซลล์จากความเครียดออกซิเดทีฟ ในงานวัสดุศาสตร์ 4-Hydroxy-TEMPO ถูกนำมาใช้ร่วมกับพอลิเมอร์เพื่อสร้างวัสดุที่ไวต่อการเปลี่ยนแปลงของสภาพแวดล้อม เช่น เซนเซอร์ตรวจจับก๊าซหรือสารเคมีเฉพาะ ยังมีการประยุกต์ใช้ในระบบส่งยาแบบควบคุม โดยอาศัยคุณสมบัติการตอบสนองต่อสภาพออกซิเดชันในร่างกาย เพื่อปลดปล่อยยาอย่างแม่นยำในบริเวณเป้าหมาย