เนโอสติกมีน เมทิล ซัลเฟต ถูกใช้เป็นหลักในทางการแพทย์เพื่อรักษาโรคไมแอสทีเนีย กราวิส ซึ่งเป็นภาวะที่กล้ามเนื้ออ่อนแรง โดยทำงานผ่านการยับยั้งเอนไซม์อะเซทิลโคลีนเอสเทอเรส ซึ่งเป็นเอนไซม์ที่ย่อยสลายอะเซทิลโคลีน ทำให้ระดับของสารสื่อประสาทนี้เพิ่มขึ้นที่จุดเชื่อมต่อระหว่างประสาทและกล้ามเนื้อ การกระทำนี้ช่วยเสริมสร้างการสื่อสารระหว่างเส้นประสาทและกล้ามเนื้อ นำไปสู่การทำงานของกล้ามเนื้อที่ดีขึ้น

นอกจากนี้ ยังใช้ในการย้อนกลับการบล็อกประสาทกล้ามเนื้อแบบไม่ใช่ดีโพลาไรซ์หลังการผ่าตัด แพทย์วางยาสลบจะให้ยานี้เพื่อต่อต้านผลกระทบของยาคลายกล้ามเนื้อที่ใช้ระหว่างการผ่าตัด เพื่ออำนวยความสะดวกในการฟื้นฟูการทำงานของกล้ามเนื้อปกติและให้แน่ใจว่าผู้ป่วยสามารถหายใจด้วยตนเองหลังการผ่าตัด

ในบางกรณี ยังใช้จัดการภาวะคั่งปัสสาวะหรือลำไส้ลีบจากการเป็นอัมพาตโดยการกระตุ้นกล้ามเนื้อเรียบของกระเพาะปัสสาวะและทางเดินอาหาร เพื่อส่งเสริมการทำงานปกติ ความสามารถในการเสริมกิจกรรมโคลิเนอร์จิกทำให้เป็นยารักษาที่มีคุณค่าต่อในสถานการณ์ทางคลินิกเหล่านี้