Sitä käytetään pääasiassa emäksenä, katalyyttinä, liuottimena ja raaka-aineena orgaanisessa synteesissä. Sitä käytetään myös korkeaenergisenä polttoaineena, kumin vulkanoinnin kiihdyttimenä, tetrafluorietyleenin estäjänä, pinta-aktiivisena aineena, kostutusaineena, säilöntäaineena ja bakteereja tappavana aineena.
Trietyyliamiinion yksinkertaisin homotrisubstituoitu tertiaarinen amiini, joka on nestemäinen huoneenlämpötilassa. Siksi sitä käytetään laajalti liuottimena ja emäksenä orgaanisessa synteesissä. Siitä käytetään yleensä lyhennettä Et3N, NEt3 tai TEA. Se on yksi yleisimmin käytetyistä orgaanisista emäksistä orgaanisessa synteesissä, jonka kiehumispiste on noin 89 celsiusastetta, ja se on suhteellisen helppo poistaa tislaamalla. Sen hydrokloridin ja hydrobromidin liukoisuus orgaanisiin liuottimiin, kuten eetteriin, ei ole kovin korkea, joten se voidaan joskus erottaa suoraan suodattamalla. Yksinkertaisempi trimetyyliamiini on normaaliolosuhteissa väritön kaasu, ja se on varastoitava kaasusäiliössä paineen alaisena tai 40-prosenttisena vesiliuoksena. Sitä ei ole yhtä helppo käyttää kuin trietyyliamiinia.
Trietyyliamiinia voidaan käyttää alkalisena katalyyttinä Swern-hapetusreaktiossa, eliminaatioreaktioissa, kuten dehydrohalogenoinnissa, Heck-reaktiossa, silyylienolieettereiden valmistuksessa, estereiden ja amidien valmistuksessa asyyliklorideista sekä suojaryhmien lisäyksessä hydroksyyliin, karboksyyliin ja aminoryhmät. Se voi reagoida suolahapon kanssa saadakseen trietyyliamiinihydrokloridia ja reagoida alkyloivien aineiden kanssa vastaavien kvaternaaristen ammoniumsuolojen saamiseksi.Trietyyliamiinija tyydyttymättömät asyylikloridit/anhydridit tuottavat vesiliukoisia, biotoksisia konjugoituja komplekseja, erityisesti biomateriaalien synteesissä. Tällä reaktiolla on merkittävä vaikutus seuraaviin solukokeisiin. Äskettäin on raportoitu, että tämä kompleksi tuottaa värjäävän vaikutuksen silloitettuihin polyestereihin, jotka on saatu kondensoimalla tyydyttymättömiä asyyliklorideja/anhydridejä polymeerin terminaalisten hydroksyyliryhmien kanssa. Epäorgaanisten heikkojen emästen, kuten kaliumkarbonaatin, ehdotetaan korvaavan katalyyttisen roolintrietyyliamiinisellaisissa reaktioissa. Tämä menetelmä voi myös yksinkertaistaa tuotteen puhdistusvaiheita.
