โคลีนบรอมไนด์ใช้หลักในการสังเคราะห์อินทรีย์ในฐานะตัวเร่งปฏิกิริยาแบบถ่ายโอนเฟส ช่วยในการถ่ายโอนสารตั้งต้นระหว่างเฟสที่ไม่ละลายกัน เพิ่มอัตราการเกิดปฏิกิริยาและผลผลิต สารนี้มีคุณค่าอย่างยิ่งในการผลิตยาเสพติด โดยช่วยในการสังเคราะห์โมเลกุลที่ซับซ้อน นอกจากนี้ยังใช้ในการเตรียมของเหลวไอออนิก ซึ่งนำไปใช้ในกระบวนการอุตสาหกรรมต่างๆ เนื่องจากคุณสมบัติตัวทำละลายที่เป็นเอกลักษณ์ โคลีนบรอมไนด์ยังพบการใช้งานในสาขาวิทยาศาสตร์วัสดุ โดยใช้ในการพัฒนาวัสดุขั้นสูงที่มีคุณสมบัติทางไฟฟ้าหรือความร้อนเฉพาะ บทบาทในการปรับปรุงประสิทธิภาพของปฏิกิริยาเคมีทำให้เป็นส่วนประกอบสำคัญทั้งในงานวิจัยและอุตสาหกรรม