ไตรเมทิลฟอสฟีนออกไซด์ใช้หลักในเคมีเชิงประสานธาตุ เป็นลิแกนด์ที่ช่วยคงความเสถียรของคอมเพล็กซ์โลหะเนื่องจากคุณสมบัติให้อิเล็กตรอนที่แข็งแกร่ง นอกจากนี้ยังใช้ในสังเคราะห์อินทรีย์เป็นสารเคมีหรือตัวเร่งปฏิกิริยาในปฏิกิริยาต่างๆ เช่น การรีดักชันของคาร์บอนิลคอมพาวด์หรือการสร้างอินเทอร์มีเดียทจากฟอสฟีน ในวิทยาศาสตร์วัสดุ ใช้เป็นสารตั้งต้นในการสังเคราะห์โพลิเมอร์และสารเคลือบที่มีฟอสฟอรัส ซึ่งช่วยเพิ่มความเสถียรทางความร้อนและต้านไฟ นอกจากนี้ยังใช้ในสเปกโทรสโกปีนิวเคลียร์แมกเนติกเรโซแนนซ์ (NMR) เป็นสารอ้างอิงสำหรับศึกษโมเลกุลที่มีฟอสฟอรัส บทบาทในตัวเร่งปฏิกิริยาและการปรับปรุงวัสดุทำให้มีคุณค่าในทั้งอุตสาหกรรมและการวิจัย