Sulfuryl chloride thường được sử dụng làm nguồn cung cấp khí clo Cl2. Do là chất lỏng có thể rót được nên người ta coi nó là thuận tiện hơn Cl2 khi đo đạc, lưu giữ và pha chế. SO2Cl2 được sử dụng rộng rãi làm chất phản ứng trong chuyển hóa C−H thành C−Cl gần các thành phần hoạt tính như các cacbonyl và sulfoxit. Nó cũng clo hóa các alkan, alken, alkyn, hợp chất thơm, ete (như tetrahydrofuran) và epoxit. Các phản ứng như vậy diễn ra trong các điều kiện gốc tự do sử dụng một chất mồi như AIBN. Nó cũng được sử dụng để chuyển hóa các thiol hay disulfua thành các sulfenyl chloride tương ứng của chúng, mặc dù các sulfinyl chloride được tạo ra từ thiol trong một số trường hợp.[5] SO2Cl2 cũng có thể chuyển hóa các alcohol thành alkyl chloride. Trong công nghiệp, sulfuryl chloride được sử dụng chủ yếu trong sản xuất thuốc trừ sâu.

SO2Cl2 cũng có thể dùng trong xử lý len để ngăn co rút.