用作自由基捕获剂、阻聚剂、抗老化剂、热降解抑制剂和光、热稳定剂，也能与活性链自由基结合为共价休眠种。共价休眠种可再均裂为链自由基，再增长。在有机合成中用作各种醇和多元醇类氧化反应的催化剂， 用于将伯醇氧化为醛，具高选择性，不再氧化至羧酸；将仲醇氧化为酮。TEMPO/NaClO/NaBr 是一个可以循环再生的氧化体系， 其中真正的氧化剂是 NaClO 将 TEMPO 氧化生成的中间体 "N"-oxoammonium 离子，伯羟基亲核进攻该离子，羟基被氧化为羧基，该离子则转变为羟胺，羟胺再经共氧化剂氧化为