Thallium(I) trifluoromethanesulfonate ถูกใช้อย่างแพร่หลายในการสังเคราะห์อินทรีย์ในฐานะตัวเร่งปฏิกิริยา Lewis acid ที่มีประสิทธิภาพสูง มันช่วยอำนวยความสะดวกในการเกิดปฏิกิริยาเคมีต่างๆ รวมถึง Friedel-Crafts alkylation, acylation และ cyclization เนื่องจากคุณสมบัติ electrophilic ที่แข็งแกร่ง สารประกอบนี้มีประสิทธิภาพโดยเฉพาะในการส่งเสริมการก่อตัวของพันธะ carbon-carbon และ carbon-heteroatom ทำให้มีคุณค่าต่อการสังเคราะห์โมเลกุลอินทรีย์ที่ซับซ้อน นอกจากนี้ ยังถูกนำมาใช้ในการเตรียมสารประกอบ trifluoromethylated ซึ่งมีความสำคัญในเภสัชกรรมและสารเคมีเกษตร เนื่องจากมีกิจกรรมทางชีวภาพและความเสถียรที่เพิ่มขึ้น ความสามารถในการทำให้สารกลาง reactive เสถียรยังทำให้มีประโยชน์ในกระบวนการ polymerization และการพัฒนาวัสดุขั้นสูง