Oxotremorine sesquifumarate ใช้หลักๆ ในงานวิจัยเพื่อศึกษาระบบโคลิเนอร์จิก โดยเฉพาะในบริบทของการศึกษาทางประสาทวิทยาและเภสัชวิทยา มันทำหน้าที่เป็นสารกระตุ้นตัวรับ muscarinic acetylcholine receptor ทำให้มีคุณค่าในการตรวจสอบบทบาทของตัวรับเหล่านี้ในกระบวนการทางสรีรวิทยาต่างๆ สารประกอบนี้มักใช้ในโมเดลทดลองเพื่อเลียนแบบผลกระทบของอะเซทิลโคลีน ช่วยให้นักวิจัยเข้าใจภาวะเช่น โรคอัลไซเมอร์ โรคพาร์กินสัน และความผิดปกติอื่นๆ ที่เกี่ยวข้องกับการทำงานผิดปกติของโคลิเนอร์จิก นอกจากนี้ ยังใช้ในการศึกษาการทำงานทางความรู้ความเข้าใจ สติหน่วยความจำ การเรียนรู้ รวมถึงในการพัฒนายา therapeutic ที่มีศักยภาพซึ่งเล็งเป้าไปที่ตัวรับ muscarinic การประยุกต์ใช้ขยายไปถึงการศึกษาพฤติกรรมในโมเดลสัตว์เพื่อประเมินผลกระทบของการกระตุ้นโคลิเนอร์จิกต่อพฤติกรรมทางมอเตอร์และความรู้ความเข้าใจ