Toàn cây có tinh dầu rất thơm nên được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực từ ẩm thực, dược phẩm đến mỹ phẩm, trong đó bộ phận được sử dụng nhiều nhất trên cây là lá, và quả (với nước cốt, vỏ quả). Theo đầu bếp Dương Huy Khải, một trong hai người châu Á được Viện Hàn lâm Ẩm thực Thế giới vinh danh, cho biết mùi thơm của lá chanh Thái mạnh gấp năm lần chanh thường[3].

Lá chanh Thái có vị the như lá chanh ta nhưng thơm nồng và gắt hơn, kích thích mạnh khứu giác và dịch vị người ăn, giúp khử tanh những món chứa độ đạm cao như bò, gà, lươn, rắn và trợ tiêu hóa. Người nội trợ cho rằng lá là sự pha trộn của hương vị lá chanh, lá bưởi non và tinh dầu lá cari tươi[4]. Không bị đắng và không mất hương dù nấu lâu, lá được sử dụng trong nhiều món ăn Ấn Độ, Nepal, Thái Lan, Lào, Việt Nam, Indonesia, Philippines, Bangladesh, Malaysia và nhiều nơi khác trên thế giới. Là gia vị đặc trưng trong ẩm thực Thái Lan, lá non cây chanh Thái được sử dụng ăn sống như một loại rau salad, lá bánh tẻ và lá già sử dụng trong các món cari, súp Thái, Tod Mun (chả cá Thái), lẩu Thái, món cá hấp Haw Moak, Pok Taek, làm siro đường, hấp cùng cơm, chế vào nước sốt ướp thịt lợn, thịt cừu, thịt gà. Trong ẩm thực Việt Nam vùng Bảy Núi, lá chanh Thái được sử dụng cho món thịt gà hấp hay thái chỉ rắc lên gà luộc; các loại hải sản hấp (cá lóc, ốc, ngao, sò); xào lăn (lươn, ếch, rắn nước); kho (cá, thịt); làm gỏi (hến, gà); nấu các món lẩu hay canh chua; làm giả cầy v.v.

Lá có thể dùng tươi, bảo quản trong ngăn đông tủ lạnh hay phơi khô để tồn trữ lâu dài. Với lá già, người nội trợ thường xé nhỏ và bỏ gân lá, cuống lá để tránh bị đắng, lá khô nên đập nhuyễn trước khi sử dụng.

Kinh nghiệm dân gian còn dùng lá khử khuẩn ao nuôi cá, trị bệnh cho người và gia cầm, gia súc; kết hợp với sả, gừng để nấu nước tắm.

Quả chanh Thái có nước cốt chua gắt, hơi the, dùng để ăn tươi, vắt nước cốt pha nước chấm, khử tanh hải sản hay lòng bò, làm mứt. Vùng Tri Tôn, An Giang nổi tiếng với đặc sản cháo bò trái trúc, món ăn của sự giao thoa văn hóa tộc người Khmer và người Việt, bên cạnh món gà hấp lá trúc. Quả cũng thường được ngâm rượu làm thuốc chữa đau bụng hay cảm mạo, gội đầu trị gàu hay tắm rửa.

Vỏ quả làm hương liệu khử mùi nước, làm sạch và tạo hương cho nước uống; làm dược liệu trị bệnh tiêu hóa, giải cảm, chống nôn, chống say xe; chiết xuất tinh dầu làm mỹ phẩm. Vỏ của cây có khi cũng dùng làm hương liệu, nó có vị đặc trưng là dịu đồng thời lại đắng và cay.

Do dễ trồng, sống rất khỏe, chịu hạn giỏi, lá và quả khá độc đáo, cây cũng được trồng làm cảnh tại nhiều gia đình.