El descubrimiento de Mössbauer ha tenido consecuencias de gran alcance porque ha permitido disponer de una radiación electromagnética (rayos gamma) cuya frecuencia está definida con mayor precisión que cualquier otra conocida hasta la fecha y ha proporcionado una nueva técnica para medir la interacción de los núcleos con su entorno. Se ha logrado una resolución energética mejor que una parte en 1012 con rayos gamma sin retroceso.
El efecto Mössbauer ha encontrado aplicación en muchas áreas de la ciencia. En los estudios de relatividad, la alta precisión con la que se puede medir la energía de los rayos gamma ha hecho posible una demostración directa del corrimiento al rojo gravitacional; es decir, el cambio en la energía de un quantum de radiación electromagnética cuando se mueve a través de un campo gravitacional. Para ello, se midió el desplazamiento Doppler necesario para compensar el cambio de energía del rayo gamma resultante de un cambio de posición vertical de 2.260 centímetros a través del campo gravitatorio de la Tierra. El cambio medido ascendía a 2,5 partes en 1015 (una velocidad Doppler de 2,7 milímetros por hora) y coincidía con las predicciones teóricas. Es decir, se comprobó que un fotón de energía E se comporta como si tuviera una masa de E/c2, en la que c es la velocidad de la luz. En un experimento relacionado se descubrió que la energía del rayo gamma sin retroceso disminuye al aumentar la temperatura de la fuente. Este desplazamiento térmico al rojo puede interpretarse de varias maneras. Puede verse como un efecto Doppler relativista de segundo orden resultante de la velocidad media cuadrática de los átomos en el sólido; es decir, del movimiento térmico. Por otro lado, puede verse como una demostración directa de la dilatación relativista del tiempo; es decir, la ralentización del reloj en un sistema de coordenadas en movimiento, aquí el átomo, cuando es visto por un observador estacionario. Se ha argumentado que el efecto Mössbauer de desplazamiento térmico al rojo proporciona una resolución experimental directa de la famosa paradoja de los gemelos de la relatividad, al demostrar que un viajero espacial será más joven al regresar a la Tierra que su gemelo que se queda en casa.
Las aplicaciones en la física nuclear son múltiples. El efecto Mössbauer hace posible la medición directa de la anchura de una línea de rayos gamma, que corresponde a la anchura del nivel nuclear en descomposición. Los resultados concuerdan estrechamente con el tiempo de desintegración medido, lo que indica que la anchura de los rayos gamma sin retroceso está determinada totalmente por el tiempo de vida del estado de desintegración. El desplazamiento de isómeros, el cambio en la energía de un rayo gamma nuclear debido a la interacción electrostática entre la carga nuclear y la electrónica, proporciona una medida del cambio en el radio de carga nuclear cuando el núcleo se eleva a un estado excitado. La división de los niveles nucleares en componentes hiperfinos por gradientes de campo eléctrico en cristales de baja simetría o por campos magnéticos en ferromagnetos hace posible la medición de los momentos cuadrupolares eléctricos y dipolares magnéticos nucleares. Tanto los desplazamientos de los isómeros como los desdoblamientos de la estructura hiperfina se resuelven fácilmente en los espectros Mössbauer. La anchura energética de una resonancia Mössbauer proporciona una medida directa de la anchura del estado excitado implicado en el proceso de emisión y absorción de rayos gamma. A partir de la anchura, se puede obtener directamente el tiempo de vida del estado excitado.
Las aplicaciones en la física del estado sólido caen ampliamente en las categorías de la dinámica de la red y las interacciones hiperfinas, aunque se han hecho contribuciones en otras áreas. La probabilidad de que un proceso de emisión de rayos gamma esté libre de retroceso depende de la amplitud de las vibraciones térmicas en comparación con la longitud de onda de los rayos gamma. Una medida de la fracción de eventos de emisión que no tienen retroceso, determinada por su capacidad de ser absorbida de forma resonante, proporciona la amplitud cuadrática media del movimiento térmico en el sólido. Utilizando cristales individuales, la amplitud del movimiento puede medirse en direcciones cristalográficas específicas, proporcionando una prueba rigurosa de los modelos dinámicos de la red. El desplazamiento térmico al rojo mencionado anteriormente da además la velocidad térmica media cuadrada.
Las interacciones hiperfinas magnéticas han sido particularmente útiles en el estudio de los materiales ordenados magnéticamente; es decir, ferromagnetos, ferrimagnetos y antiferromagnetos. La interacción hiperfina proporciona una medida indirecta de la magnetización de la red de iones magnéticos y se ha utilizado para dilucidar los detalles de las interacciones magnéticas, así como su dependencia de la temperatura.
Las aplicaciones en química se basan en gran medida en el desplazamiento isomérico y la división cuadrupolar. El primero mide la densidad de carga de los electrones s en el núcleo y da información sobre el carácter de los enlaces químicos; por ejemplo, la valencia y la covalencia. La segunda es sensible tanto a la simetría del entorno estructural como a la función de onda de los electrones exteriores del átomo que contiene el núcleo Mössbauer. La técnica se ha aplicado al estudio de compuestos metal-orgánicos de estaño y hierro, incluidas las hemoproteínas; a compuestos inorgánicos de hierro, estaño, yodo y tierras raras; así como a clatratos, catalizadores y vidrios que contienen isótopos Mössbauer diluidos.