คลอแรมเฟนิคอลเป็นยาปฏิชีวนะที่ใช้ในการรักษาโรคติดเชื้อแบคทีเรียหลายชนิด โดยเฉพาะการติดเชื้อที่ดื้อต่อยาปฏิชีวนะชนิดอื่น มักใช้รักษาโรคติดเชื้อรุนแรง เช่น ไข้ไทฟอยด์ โรคเยื่อหุ้มสมองอักเสบจากแบคทีเรีย และการติดเชื้อในระบบทางเดินหายใจ นอกจากนี้ยังใช้ในรูปแบบยาหยอดตาสำหรับรักษาการติดเชื้อที่ตา เช่น โรคตาแดงจากแบคทีเรีย ในด้านการแพทย์สัตว์ ใช้รักษาการติดเชื้อในสัตว์ โดยเฉพาะปศุสัตว์และสัตว์เลี้ยง นอกจากนี้ยังนำไปใช้ในอุตสาหกรรมเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำเพื่อควบคุมโรคติดเชื้อแบคทีเรียในปลาและสัตว์น้ำ อย่างไรก็ตาม การใช้คลอแรมเฟนิคอลควรอยู่ภายใต้การดูแลของแพทย์ เนื่องจากอาจมีผลข้างเคียงรุนแรง เช่น ภาวะไขกระดูกฝ่อ หรือกลุ่มอาการเกรย์ (Gray Baby Syndrome) ในทารกแรกเกิด ในงานวิจัย คลอแรมเฟนิคอลใช้เป็นสารเลือกในการแยกสิ่งมีชีวิตที่ถูกดัดแปลงพันธุกรรมซึ่งมียีนต้านทาน ทำให้เป็นสารสำคัญทั้งในด้านการแพทย์และการวิจัย