Các hệ thống Markovian xuất hiện nhiều trong vật lý, đặc biệt là cơ học thống kê (statistical mechanics), bất cứ khi nào xác suất được dùng để biểu diễn các chi tiết chưa được biết hay chưa được mô hình hóa của một hệ thống, nếu nó có thể giả định rằng thời gian là bất biến và không có mối liên hệ trong quá khứ cần nghĩ đến mà không bao gồm sự miêu tả trạng thái. Xích Markov có thể dùng để mô hình hóa nhiều quá trình trong lý thuyết hàng đợi và thống kê. Bài báo nổi tiếng của Claude Shannon năm 1948 A mathematical theory of communication, là một bước trong việc tạo ra lãnh vực lý thuyết thông tin, mở ra bằng cách giới thiệu khái niệm của entropy thông qua mô hình hóa Markov của ngôn ngữ tiếng Anh. Mỗi mô hình đã lý tưởng hóa có thể nắm bắt được nhiều hệ thống được thống kê đều đặn. Thậm chí không cần miêu tả đầy đủ cấu trúc, giống như là những mô hình tín hiệu, hiệu quả trong việc giải mã dữ liệu thông qua kỹ thuật viết code entropy. Nó cũng hiệu quả trong việc ước lượng trạng thái và xác định mẫu. Hệ thống điện thoại di động trên thế giới dùng giải thuật Viterbi để sửa lỗi (error-correction), trong khi các mô hình Markov ẩn (với xác suất chuyển đổi Markov ban đầu là không được biết và phải được ước lượng từ dữ liệu) được dùng rất nhiều trong nhận dạng tiếng nói và trong tin sinh học, chẳng hạn để mã hóa vùng/dự đoán gene.

PageRank của một trang web dùng bởi Google được định nghĩa bằng một xích Markov. Nó là xác suất để đến được trang i trong phân bố ổn định (stationary distribution) dựa vào xích Markov của mọi trạng (đã biết). Nếu N là số lượng trang web đã biết, và một trang i có ki liên kết thì nó có xác suất chuyển tới là (1-q)/ki + q/N cho mọi trang mà có liên kết tới và q/N cho mọi trang mà không có liên kết tới. Tham số q thường được chọn là khoảng 0.15.

Phương pháp chuỗi Markov cũng trở nên rất quan trọng trong việc sinh ra những chuỗi số từ những số ngẫu nhiên để phản ánh một cách chính xác những phân bố xác suất phức tạp - tiến trình MCMC là 1 ví dụ. Trong những năm gần đây, phương pháp này đã cách mạng hóa tính khả thi của phương pháp Bayes

Chuỗi markov cũng có nhiều ứng dụng trong mô hình sinh học, đặc biệt là trong tiến trình dân số- một tiến trình tương tụ như tiến trình sinh học.

Một ứng dụng của chuỗi Markov gần đây là ở thống kê địa chất. Đó là: chuỗi Markov được sử dụng trong mô phỏng 3 chiều của giá trị có điều kiện riêng phần. Ứng dụng này được gọi là "chuỗi markov thống kê địa chất", cũng giống như ngành thống kê địa chất. Hiện nay phương pháp này vẫn còn đang phát triển

Chuỗi Markov cũng có thể ứng dụng trong nhiều trò chơi game. Nhiều loại game của trẻ em (Chutes and Ladders, Candy Land), là kết quả chính xác điển hình của chuỗi Markov. Ở mỗi vòng chơi, người chơi bắt đầu chơi từ trạng thái định sẵn, sau đó phải có lợi thế gì đó mới có thể vượt qua được bàn kế

Trong ngành quản lý đất đai: người ta còn ứng dụng GIS, RS và chuỗi Markov vào phân tích sự thay đổi sử dụng đất (land use change), từ đó dự báo được tình hình sử dụng đất trong giai đoạn kế tiếp.