do przekształcania kwasów karboksylowych w chlorki acylowe:
Reaguje z alkoholami dając odpowiednie chlorki alkilowe:
W reakcji tej w pierwszym etapie powstaje ester chlorosulfinylowy , który rozpada się do chlorku i :
Ze względu na to, że produktami ubocznymi chlorowania za pomocą chlorku tionylu są gazy (HCl i ), a nadmiar można usunąć przez destylację, procedura oczyszczania właściwego produktu jest zwykle prostsza niż w przypadku chlorowania za pomocą pięciochlorku fosforu.
Z 1,2-aminoalkoholami reaguje z wytworzeniem cyklicznych sulfamidów, natomiast gdy grupy i są bardziej oddalone, grupa hydroksylowa ulega substytucji atomem chloru, a z aminowej powstaje amid, jak np. w pierwszym etapie otrzymywania bicifadyny (leku przeciwbólowego):
Chemia nieorganiczna Chlorek tionylu stosuje się do otrzymywania bezwodnych chlorków metali z soli uwodnionych:
Baterie litowe Chlorek tionylu wykorzystuje się także w ogniwach o zastosowaniach specjalnych. Chlorek tionylu jest składnikiem ogniw litowo-chlorkowo tionylowych jako elektroda dodatnia (katoda), z metalicznym litem jako elektrodą ujemną (anodą).