Die Entdeckung des Mössbauer-Effekts hatte weitreichende Folgen, da sie elektromagnetische Strahlung (Gammastrahlen) verfügbar machte, deren Frequenz genauer definiert ist als jede andere bisher bekannte und eine neue Technik zur Messung der Wechselwirkung von Atomkernen mit ihrer Umgebung lieferte. Mit rückstoßfreier Gammastrahlung wurde eine Energieauflösung von mehr als einem Teil in 1012 erreicht.
Der Mössbauer-Effekt hat in vielen Bereichen der Wissenschaft Anwendung gefunden. In der Relativitätstheorie ermöglichte die hohe Präzision, mit der die Energie der Gammastrahlung gemessen werden kann, einen direkten Nachweis der gravitativen Rotverschiebung, d.h. der Änderung der Energie eines Quants elektromagnetischer Strahlung, wenn es sich durch ein Gravitationsfeld bewegt. Dazu wurde die Doppler-Verschiebung gemessen, die erforderlich ist, um die Änderung der Energie der Gammastrahlung zu kompensieren, die sich aus einer vertikalen Positionsänderung von 2 260 Zentimetern durch das Gravitationsfeld der Erde ergibt. Die gemessene Änderung betrug 2,5 Teile in 1015 (eine Doppler-Geschwindigkeit von 2,7 Millimetern pro Stunde) und stimmte gut mit den theoretischen Vorhersagen überein. Das heißt, es wurde festgestellt, dass sich ein Photon der Energie E so verhält, als hätte es eine Masse von E/c2, wobei c die Lichtgeschwindigkeit ist. In einem verwandten Experiment wurde festgestellt, dass die Energie der rückstoßfreien Gammastrahlung mit zunehmender Temperatur der Quelle abnimmt. Diese thermische Rotverschiebung kann auf verschiedene Weise interpretiert werden. Sie kann als relativistischer Dopplereffekt zweiter Ordnung betrachtet werden, der sich aus der mittleren quadratischen Geschwindigkeit der Atome im Festkörper ergibt, d. h. aus der thermischen Bewegung. Andererseits kann er als direkter Beweis für die relativistische Zeitdilatation angesehen werden, d. h. die Verlangsamung der Uhr in einem sich bewegenden Koordinatensystem, hier dem Atom, wenn sie von einem stationären Beobachter gesehen wird. Es wurde argumentiert, dass der thermische Rotverschiebungseffekt des Mössbauer-Effekts eine direkte experimentelle Auflösung des berühmten Zwillingsparadoxons der Relativitätstheorie bietet, indem er zeigt, dass ein Raumfahrer bei seiner Rückkehr zur Erde jünger ist als sein zu Hause gebliebener Zwilling.
Die Anwendungen in der Kernphysik sind vielfältig. Der Mössbauer-Effekt ermöglicht die direkte Messung der Breite einer Gammastrahlenlinie, die der Breite des zerfallenden Kernniveaus entspricht. Die Ergebnisse stehen in enger Übereinstimmung mit der gemessenen Zerfallszeit, was darauf hindeutet, dass die Breite der rückstoßfreien Gammastrahlung tatsächlich vollständig durch die Lebensdauer des zerfallenden Zustands bestimmt wird. Die Isomerenverschiebung, die Änderung der Energie eines nuklearen Gammastrahls aufgrund der elektrostatischen Wechselwirkung zwischen Kern- und elektronischer Ladung, liefert ein Maß für die Änderung des Kernladungsradius, wenn der Kern in einen angeregten Zustand versetzt wird. Die Aufspaltung der Kernniveaus in Hyperfeinkomponenten durch elektrische Feldgradienten in Kristallen mit geringer Symmetrie oder durch Magnetfelder in Ferromagneten ermöglicht die Messung der elektrischen Quadrupol- und magnetischen Dipolmomente des Kerns. Sowohl Isomerenverschiebungen als auch Hyperfeinstrukturaufspaltungen lassen sich in Mössbauer-Spektren leicht auflösen. Die Energiebreite einer Mössbauer-Resonanz liefert ein direktes Maß für die Breite des angeregten Zustands, der am Gammastrahlen-Emissions- und Absorptionsprozess beteiligt ist. Aus der Breite lässt sich die Lebensdauer des angeregten Zustands direkt ableiten.
Anwendungen in der Festkörperphysik fallen im Wesentlichen in die Kategorien Gitterdynamik und Hyperfeinwechselwirkungen, obwohl auch in anderen Bereichen Beiträge geleistet wurden. Die Wahrscheinlichkeit, dass ein Gammastrahlen-Emissionsprozess rückstoßfrei verläuft, hängt von der Amplitude der thermischen Schwingungen im Vergleich zur Wellenlänge der Gammastrahlung ab. Eine Messung des Anteils der rückstoßfreien Emissionsereignisse, die durch ihre Fähigkeit, in Resonanz absorbiert zu werden, bestimmt wird, liefert die mittlere quadratische Amplitude der thermischen Bewegung im Festkörper. Bei Verwendung von Einkristallen kann die Amplitude der Bewegung in bestimmten kristallographischen Richtungen gemessen werden, was einen strengen Test der gitterdynamischen Modelle ermöglicht. Die oben erwähnte thermische Rotverschiebung ergibt zusätzlich die mittlere quadratische thermische Geschwindigkeit.
Magnetische Hyperfeinwechselwirkungen sind besonders nützlich bei der Untersuchung magnetisch geordneter Materialien, d.h. Ferromagneten, Ferrimagneten und Antiferromagneten. Die Hyperfeinwechselwirkung ist ein indirektes Maß für die Magnetisierung des Gitters magnetischer Ionen und wurde verwendet, um die Einzelheiten magnetischer Wechselwirkungen sowie deren Temperaturabhängigkeit zu erhellen.
Anwendungen in der Chemie basieren weitgehend auf der Isomerverschiebung und der Quadrupolaufspaltung. Erstere misst die s-Elektronenladungsdichte am Kern und gibt Auskunft über den Charakter chemischer Bindungen, z.B. Valenz und Kovalenz. Letztere reagiert sowohl auf die Symmetrie der strukturellen Umgebung als auch auf die Wellenfunktion der Außenelektronen des Atoms, das den Mössbauer-Kern enthält. Die Technik wurde zur Untersuchung von metallorganischen Verbindungen von Zinn und Eisen, einschließlich Hämoproteinen, anorganischen Verbindungen von Eisen, Zinn, Jod und den seltenen Erden sowie von Clathraten, Katalysatoren und Gläsern, die verdünnte Mössbauer-Isotope enthalten, eingesetzt.