ใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในปฏิกิริยาอัลคิลเลชัน โดยเฉพาะในระบบฟีสเดียว (phase-transfer catalyst) เพื่อช่วยให้สารตั้งต้นที่ละลายน้ำได้ยากสามารถทำปฏิกิริยาได้ง่ายขึ้นในตัวทำละลายอินทรีย์ นิยมใช้ในกระบวนการสังเคราะห์อินทรีย์ เช่น การสร้างอีเทอร์ หรือเอสเทอร์จากฟีนอลและแอลกอฮอล์ ใช้เป็นเบสในการทำปฏิกิริยาที่ต้องการสภาพเป็นด่าง โดยไม่ทำให้เกิดปฏิกิริยาข้างเคียงมากนัก เนื่องจากไอออนบวกของทีทร้าบิวทิลอะมโมเนียมมีขนาดใหญ่และไม่ทำปฏิกิริยา ใช้ในห้องปฏิบัติการวิเคราะห์ เช่น การเตรียมตัวอย่างก่อนวิเคราะห์ด้วยเทคนิคโครมาโทกราฟี ยังใช้ในกระบวนการผลิตวัสดุพอลิเมอร์ เช่น การเริ่มต้นพอลิเมอไรเซชันแบบแอนไอออนิก