Seda kasutatakse peamiselt orgaanilise sünteesi aluse, katalüsaatori, lahusti ja toorainena. Seda kasutatakse ka suure energiatarbega kütusena, kummi vulkaniseerimise kiirendajana, tetrafluoroetüleeni inhibiitorina, pindaktiivse ainena, märgava ainena, säilitusainena ja bakteritsiidina.
Trietüülamiinon lihtsaim homotriasendatud tertsiaarne amiin, mis on toatemperatuuril vedel. Seetõttu kasutatakse seda orgaanilises sünteesis laialdaselt lahusti ja alusena. Seda lühendatakse üldiselt kui Et3N, NEt3 või TEA. See on üks orgaanilises sünteesis kõige sagedamini kasutatavaid orgaanilisi aluseid, mille keemistemperatuur on umbes 89 kraadi Celsiuse järgi ja mida on destilleerimisega suhteliselt lihtne eemaldada. Selle vesinikkloriidi ja vesinikbromiidi lahustuvus orgaanilistes lahustites, nagu eetris, ei ole väga kõrge, mistõttu saab selle mõnikord filtreerimisega otse eraldada. Lihtsam trimetüülamiin on tavatingimustes värvitu gaas ja seda tuleb hoida gaasipaagis rõhu all või 40% vesilahusena. Seda pole nii lihtne kasutada kui trietüülamiini.
Trietüülamiini saab kasutada leeliselise katalüsaatorina Swerni oksüdatsioonireaktsioonis, eliminatsioonireaktsioonides nagu dehüdrohalogeenimine, Hecki reaktsioon, silüülenooleetrite valmistamine, estrite ja amiidide valmistamine atsüülkloriididest ning kaitserühmade lisamisel hüdroksüül-, karboksüül- ja aminorühmad. See võib reageerida vesinikkloriidhappega, et saada trietüülamiinvesinikkloriidi, ja reageerida alküülivate ainetega, et saada vastavad kvaternaarsed ammooniumisoolad.Trietüülamiinja küllastumata atsüülkloriidid/anhüdriidid toodavad vees lahustuvaid biotoksilisi konjugeeritud komplekse, eriti biomaterjalide sünteesil. Sellel reaktsioonil on märkimisväärne mõju järgmistele rakukatsetele. Hiljuti teatati, et see kompleks annab värvilise efekti ristseotud polüestritele, mis on saadud küllastumata atsüülkloriidide/anhüdriidide kondenseerimisel polümeeri terminaalsete hüdroksüülrühmadega. Anorgaaniliste nõrkade alustega, nagu kaaliumkarbonaat, soovitatakse asendada katalüütiline rolltrietüülamiinsellistes reaktsioonides. See meetod võib ka toote puhastamisetappe lihtsustada.
