4-Chlorothiophene-2-carbonitrile ใช้เป็นสารตั้งต้นสำคัญในการสังเคราะห์ยา โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการพัฒนาสารประกอบที่มีคุณสมบัติทางรักษาศักยภาพ และสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพที่มีโครงสร้างพื้นฐานเป็นไทโอฟีน นอกจากนี้ยังใช้ในการผลิตสารเคมีเกษตร สนับสนุนการสร้างยาฆ่าแมลงและสารกำจัดวัชพืช รวมถึงการวิจัยและพัฒนายาใหม่ ๆ ที่มีศักยภาพในการรักษาโรคต่าง ๆ บทบาทของมันในกระบวนการสังเคราะห์อินทรีย์ยังขยายไปถึงการพัฒนาวัสดุขั้นสูง เช่น โพลิเมอร์นำไฟฟ้าและสีย้อม นอกจากนี้ ยังทำหน้าที่เป็นหน่วยย่อยพื้นฐานในการเตรียมสารประกอบเฮเทโรไซคลิก ซึ่งมีคุณค่ามากในเคมียารักษาและการวิจัยวิทยาศาสตร์วัสดุ