熱重量分析的應用主要在金屬合金，地質，高分子材料研究，藥物研究等方面。
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
礦物鑒定：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、熱重定量分析法
試樣在程序溫度控制下發生質量變化，利用這一現象可以對試樣的組分進行定量分析。與一般化學分析方法和其它方法相比，熱重量分析對試樣進行定量分析有其獨特優點，就是樣品不需要預處理，分析不用試劑，操作和數據處理簡單方便等。唯一要求就是熱重曲線相鄰的兩個質量損失過程必需形成一個明顯的平臺，并且該平臺越明顯計算誤差越小。
4、在高分子材料中的應用
材料的熱穩定性：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。