三氟甲磺酸酯基团是一种良好的离去基团，可用于某些有机反应如亲核取代反应、铃木反应和赫克反应。由于三氟甲磺酸烷基酯在SN2反应中活性太强，因此储存中不能接触亲核试剂（如水）。其负离子的良好稳定性源于负离子电荷可分散到三个氧原子和硫原子上而形成共振稳定。额外的稳定性还源于三氟甲基是一种很强的吸电子基团。
三氟甲磺酸酯可应用于11族元素与13族元素及镧系元素的配体。
三氟甲磺酸锂可用于一些锂电池的电极的成分。
一种温和的三氟甲磺酰化试剂是苯基三氟甲磺酰胺或N,N-二(三氟甲磺酰)苯胺，其反应生成的副产物为[CF3SO2N-Ph]-。
