อะซิติลไทโอโคลีนคลอไรด์ใช้เป็นสารตั้งต้นในการทดสอบกิจกรรมของเอนไซม์อะซิติลโคลีนเอสเทอเรส ซึ่งเป็นเอนไซม์ที่สำคัญในระบบประสาท โดยสารนี้จะถูกไฮโดรไลซ์โดยเอนไซม์ให้เกิดไทโอโคลีน และกรดอะซิติก การเปลี่ยนแปลงนี้สามารถวัดได้เพื่อประเมินประสิทธิภาพของเอนไซม์หรือการยับยั้งกิจกรรมของเอนไซม์ นอกจากนี้ยังใช้ในการศึกษาวิจัยทางประสาทวิทยาและการพัฒนายาที่เกี่ยวข้องกับระบบประสาท เช่น ยารักษาโรคอัลไซเมอร์ หรือสารกำจัดศัตรูพืชที่มีกลไกการออกฤทธิ์ต่อระบบประสาท