Zastosowania thumb|150px|Zbiór Julii w przestrzeni kwaternionów Kwaterniony są używane w grafice komputerowej do wykonywania obrotów w przestrzeni trójwymiarowej. Klasa obsługująca kwaterniony zdefiniowana jest w pakiecie DirectXDokumentacja: https://archive.is/20130427031150/http://msdn2.microsoft.com/en-us/library/microsoft.windowsmobile.directx.quaternion.aspx. Klasy pozwalające wykonywać operacje na kwaternionach dostępne są również w OpenGL oraz wielu istniejących silnikach 3D. Części urojone kwaternionu służą do zdefiniowania płaszczyzny obrotu (opisują wektor prostopadły do płaszczyzny obrotu), część rzeczywista do określenia kąta obrotu. Zalety użycia kwaternionów to brak możliwości wystąpienia efektu Gimbal Lock (utraty stopnia swobody) oraz proste obliczeniowo metody służące interpolacji SLERP i LERP.
Ciekawym wizualnie zastosowaniem kwaternionów są wizualizacje rozszerzonych zbiorów Mandelbrota oraz Julii (fraktale w przestrzeni 3D), gdzie tworzy się przecięcie czterowymiarowej przestrzeni kwaternionów z hiperpłaszczyzną trójwymiarową.
Ich zastosowania w matematyce są jednak o wiele szersze.