Oxotremorine M ใช้หลักๆ ในงานวิจัยเพื่อศึกษาระบบโคลิเนอร์จิก โดยเฉพาะในด้านประสาทวิทยาศาสตร์ มันทำหน้าที่เป็นตัวกระตุ้นตัวรับอะเซทิลโคลีนแบบมัสคารินิก ทำให้มีคุณค่าในการตรวจสอบบทบาทของตัวรับเหล่านี้ในกระบวนการทางสรีรวิทยาและพยาธิสรีรวิทยาต่างๆ นักวิจัยใช้มันเพื่อสำรวจภาวะเช่น โรคอัลไซเมอร์ โรคพาร์กินสัน และความผิดปกติทางระบบประสาทเสื่อมอื่นๆ ที่การส่งสัญญาณโคลิเนอร์จิกบกพร่อง นอกจากนี้ ยังใช้ในการศึกษาที่มุ่งเน้นไปที่ความจำ การเรียนรู้ และหน้าที่ทางความรู้ความเข้าใจ รวมถึงในงานทดลองที่ตรวจสอบผลกระทบของการกระตุ้นโคลิเนอร์จิกต่อพฤติกรรมและกิจกรรมของสมอง ความสามารถในการกระตุ้นตัวรับมัสคารินิกยังทำให้มันเป็นเครื่องมือสำหรับทำความเข้าใจกลไกของอะเซทิลโคลีนในระบบประสาทส่วนกลางและส่วนปลาย