เมซโลซิลลินโซเดียมเป็นยาปฏิชีวนะ broad-spectrum ที่ใช้รักษาการติดเชื้อแบคทีเรียรุนแรงเป็นหลัก โดยเฉพาะในสถานพยาบาล มีประสิทธิภาพต่อเชื้อแกรมบวกและแกรมลบหลายชนิด รวมถึง Pseudomonas aeruginosa, Escherichia coli, Proteus species, และบางสายพันธุ์ของ Klebsiella และ Enterobacter

ใช้รักษาการติดเชื้อในทางเดินหายใจ ทางเดินปัสสาวะ ช่องท้อง และกระแสเลือด โดยเฉพาะเมื่อเกิดจากเชื้อที่ไวต่อยา เนื่องจากมีฤทธิ์ต่อ Pseudomonas จึงมักรวมไว้ในแผนการรักษาการติดเชื้อในผู้ป่วยภูมิคุ้มกันบกพร่องหรือการติดเชื้อซับซ้อน เช่น sepsis หรือปอดบวมจากการติดเชื้อในโรงพยาบาล

เมซโลซิลลินโซเดียมมักใช้ร่วมกับตัวยับยั้ง beta-lactamase เช่น sulbactam เพื่อเพิ่มความเสถียรต่อเอนไซม์ของแบคทีเรียที่สามารถทำให้ยาสูญเสียฤทธิ์ การรวมกันนี้ช่วยขยายประสิทธิภาพ โดยเฉพาะต่อเชื้อที่ผลิต beta-lactamase

เนื่องจากให้ทาง parenteral (เข้าหลอดเลือดดำหรือกล้ามเนื้อ) จึงใช้หลักในสภาพแวดล้อมทางการแพทย์ที่ต้องการระดับยาในเลือดสูงและรวดเร็ว การใช้ลดลงบ้างเนื่องจากการนำยาปฏิชีวนะรุ่นใหม่มาใช้ แต่ยังคงเป็นตัวเลือกในกรณีการติดเชื้อดื้อยาหลายขนานเฉพาะหรือเมื่อผลการเพาะเชื้อบ่งชี้ว่ามีความไว