4-Nitrobenzenesulfonyl chloride ใช้หลักๆ เป็นรีเอเจนต์ในการสังเคราะห์สารอินทรีย์ โดยมีคุณค่าต่อการนำกลุ่มปกป้อง 4-nitrobenzenesulfonyl (nosyl) ไปยังกลุ่มอะมีน โดยเฉพาะอย่างยิ่งมีประสิทธิภาพในเคมีเปปไทด์ ซึ่งช่วยปกป้องกลุ่มอะมิโนระหว่างการสังเคราะห์ ทำให้สามารถเกิดปฏิกิริยาแบบเลือกเฉพาะโดยไม่ถูกรบกวน นอกจากนี้ ยังใช้ในการเตรียมซัลโฟนาไมด์ ซึ่งมีความสำคัญในการประยุกต์ทางเภสัชกรรมเนื่องจากคุณสมบัติต้านแบคทีเรีย ความตอบสนองต่อนิวคลิโอไฟล์ทำให้มีประโยชน์ในการทำปฏิกิริยาครอส-คัปเปลิงและในการปรับเปลี่ยนโครงสร้างไบโอโมเลกุล