熱重分析法可以研究晶體性質的變化，如熔化、蒸發、升華和吸附等物質的物理現象；研究物質的熱穩定性、分解過程、脫水、解離、氧化、還原、成份的定量分析、添加劑與填充劑影響、水份與揮發物、反應動力學等化學現象。
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。
熱重法的重要特點是定量性強，能準確地測量物質的質量變化及變化的速率，可以說，只要物質受熱時發生重量的變化，就可以用熱重法來研究其變化過程。熱重法已在下述諸方面得到應用：
無機物、有機物及聚合物的熱分解；
金屬在高溫下受各種氣體的腐蝕過程；
固態反應；
礦物的煅燒和冶煉；
液體的蒸餾和汽化；
煤、石油和木材的熱解過程；
含濕量、揮發物及灰分含量的測定；
升華過程；
脫水和吸濕；
爆炸材料的研究；
反應動力學的研究；
發現新化合物；
吸附和解吸；
催化活度的測定；
表面積的測定；
氧化穩定性和還原穩定性的研究；
反應機制的研究。
還可以作為測量固體表面酸堿度的表征手段。