TEMPO ใช้กันอย่างแพร่หลายเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในกระบวนการสังเคราะห์อินทรีย์ โดยเฉพาะปฏิกิริยาออกซิเดชันแบบเลือกสรร มันช่วยให้สามารถเปลี่ยนแอลกอฮอล์ปฐมภูมิเป็นอัลดีไฮด์และแอลกอฮอล์ทุติยภูมิเป็นคีโตน ภายใต้สภาวะอ่อนโยน เมื่อใช้ร่วมกับสารออกซิไดซ์ร่วม เช่น โซเดียมไฮโปคลอไรต์หรือบลีช ทำให้มีคุณค่าต่ออุตสาหกรรมเภสัชกรรมและเคมีภัณฑ์ละเอียดที่ต้องการการออกซิเดชันที่แม่นยำและมีประสิทธิภาพ

นอกจากนี้ TEMPO ยังทำหน้าที่เป็นตัวกำจัดราเดียคัลและสาร стабилизатор ในเคมีพอลิเมอร์ ช่วยควบคุมกระบวนการพอลิเมอไรเซชันราเดียคัล เช่น nitroxide-mediated polymerization (NMP) ซึ่งช่วยให้ผลิตพอลิเมอร์ที่มีน้ำหนักโมเลกุลกำหนดได้ชัดเจนและ polydispersity แคบ

ในเคมีวิเคราะห์ TEMPO ใช้เป็นโปรบพารามากเนติกในการศึกษาอิเล็กตรอนพารามากเนติกเรโซแนนซ์ (EPR) เพื่อสืบสวนพลวัตโมเลกุลและสมบัติโครงสร้างในระบบชีวภาพและสังเคราะห์

นอกจากนี้ยังมีการประยุกต์ใช้ในงานไฟฟ้าเคมี รวมถึงแบตเตอรี่เรด็อกซ์โฟลว์และเซนเซอร์ เนื่องจากพฤติกรรมการออกซิเดชัน-รีดักชันที่ย้อนกลับได้