ไตรเมทิลซัลฟอกโซเนียมโบรไมด์ใช้อย่างแพร่หลายเป็นตัวเมทิลเลติ้งเอเจนต์ในการสังเคราะห์อินทรีย์ โดยช่วยถ่ายโอนกลุ่มเมทิลไปยังสารตั้งต้นต่างๆ ทำให้มีคุณค่าในการผลิตยาและสารเคมีละเอียด สารนี้มีประสิทธิภาพโดยเฉพาะในปฏิกิริยาเมทิลเลชันที่เกี่ยวข้องกับนิวคลีโอไฟล์ เช่น แอลกอฮอล์ อะมีน และไทออล นอกจากนี้ยังใช้ในการสังเคราะห์ไดเมทิลซัลฟอกโซเนียมเมทิลไยไลด์ ซึ่งเป็นตัวกลางสำคัญในปฏิกิริยา Corey-Chaykovsky เพื่อสร้างสารประกอบเอพอกไซด์จากอัลดีไฮด์และคีโตน รวมถึงไซโคลโพรเพนจากคาร์บอนิลไม่อิ่มตัวอัลฟาเบต้า ความเสถียรและปฏิกิริยาของสารนี้ทำให้เป็นรีเอเจนต์ที่นิยมในห้องปฏิบัติการสำหรับกระบวนการเมทิลเลชันแบบเลือกสรรและการแปลงสังเคราะห์เฉพาะทางอื่นๆ