熱重分析儀可以應用在測量的物質性質包括了腐蝕、高溫分解、溶劑損耗、氧化/還原反應、水合/脫水等，因此目前被廣泛應用于塑料、橡膠、涂料、藥品、催化劑、無機材料、金屬材料與復合材料等各領域的研究開發、工藝優化與質量監控。
1、金屬與氣體反應的測定。金屬和氣體的反應是氣相-固相反應，可用熱重量分析測定反應過程的質量變化與溫度的關系，并可作反應量的動力學分析。
2、在地質方面的應用。礦物的熱重曲線會因其組成、結構不同而表現出不同的特征。通過與已知礦物特征曲線進行起始溫度、峰溫及峰面積等的比較便可鑒定礦物。
3、在高分子材料中的應用。熱重量分析可以評價聚烯烴類、聚鹵代烯類、含氧類聚合物、芳雜環類聚合物、單體、多聚體和聚合物、彈性體高分子材料的熱穩定性。
4、在環境監測方面的應用。比如測定環境中的各種變化，如廢棄物的脫水、分解、降解等等。與其他技術結合測定空氣中懸浮顆粒中碳元素和可溶、難溶有機物的總量等。
5、在藥品方面的應用。通過熱重分析儀對藥品進行熔點、沸點確定及純度的檢驗。
6、熱失重分析與其他方法聯用應用。熱失重分析與其他非熱分析方法聯用，應用更為廣泛。比如，將熱失重分析儀與質譜或者紅外光譜儀聯用，能夠在線分析在溫度變化過程中產生氣體的性質，表征物質的種類。