В аналитической химии бромтимоловый синий применяется в кислотно-основном титровании и для определения нейтрального значения водородного показателя (pH=7,0) при титровании (приобретает травянисто-зелёный оттенок).
Бромтимоловый синий применяется в бактериологии как краситель в составе питательной среды, а также в качестве фото сенсибилизатора в копировальной технике.