Atomowe odbiorniki radiowe są rozpatrywane jako potencjalna alternatywa lub uzupełnienie klasycznych anten i odbiorników w szeregu zastosowań. Dzięki możliwości bezwzorcowego pomiaru natężenia pola elektrycznego oraz śledzenia fazy sygnałów radiowych mogą one pełnić rolę precyzyjnych sond do charakteryzacji anten, pomiarów pól bliskich i dalekich oraz obrazowania rozkładów pól mikrofalowych.
W obszarze telekomunikacji atomowe odbiorniki umożliwiają odbiór różnych formatów modulacji (AM, FM, modulacje fazowe i kwadraturowe) w szerokim zakresie częstotliwości, co potencjalnie pozwala na tworzenie programowo definiowanych, wielopasmowych odbiorników wykorzystujących jedynie zmianę ustawień laserów i analizy optycznej zamiast przełączania zestawów klasycznych układów mikrofalowych. Rozważane są także zastosowania w systemach odpornych na zakłócenia i zagłuszanie oraz w metrologii sygnałów stosowanych w systemach nawigacyjnych i radarowych.