Mössbauer felfedezése messzemenő következményekkel járt, mert olyan elektromágneses sugárzást (gamma-sugárzást) tett elérhetővé, amelynek frekvenciája minden eddig ismertnél pontosabban meghatározott, és új technikát biztosított az atommagok és környezetük kölcsönhatásának mérésére. A visszacsapódásmentes gammasugárzással 1012 résznél jobb energiafelbontást értek el.
A Mössbauer-effektus a tudomány számos területén talált alkalmazásra. A relativitáselméleti vizsgálatokban a nagy pontosság, amellyel a gammasugárzás energiája mérhető, lehetővé tette a gravitációs vöröseltolódás közvetlen kimutatását; azaz az elektromágneses sugárzás kvantumának energiaváltozását, amint az egy gravitációs mezőn keresztül halad. Ezt úgy érték el, hogy megmérték azt a Doppler-eltolódást, amely a gammasugárzás energiájának a Föld gravitációs terében bekövetkező 2260 centiméteres függőleges helyzetváltozásból eredő változásának kompenzálásához szükséges. A mért változás 2,5 rész 1015-ből (2,7 milliméter/óra Doppler-sebesség) volt, és szoros összhangban volt az elméleti előrejelzésekkel. Vagyis azt találták, hogy egy E energiájú foton úgy viselkedik, mintha E/c2 tömegű lenne, ahol c a fény sebessége. Egy kapcsolódó kísérletben azt találták, hogy a visszahatás nélküli gammasugárzás energiája a forrás hőmérsékletének növekedésével csökken. Ez a termikus vöröseltolódás többféleképpen is értelmezhető. Tekinthetjük másodrendű relativisztikus Doppler-effektusnak, amely a szilárd anyagban lévő atomok átlagos négyzetsebességéből, azaz a termikus mozgásból ered. Másrészt tekinthetjük úgy is, mint a relativisztikus idődilatáció közvetlen demonstrációját; azaz az óra lelassulását egy mozgó koordinátarendszerben, itt az atomban, egy álló megfigyelő által nézve. Azt állították, hogy a Mössbauer-effektus termikus vöröseltolódása közvetlen kísérleti megoldást nyújt a relativitáselmélet híres ikerparadoxonjára, mivel megmutatja, hogy az űrutazó a Földre visszatérve fiatalabb lesz, mint otthon maradó ikertestvére.
Az alkalmazások a nukleáris fizikában sokrétűek. A Mössbauer-effektus lehetővé teszi a gamma-sugárvonal szélességének közvetlen mérését, amely megfelel a bomló magszint szélességének. Az eredmények szoros összhangban vannak a mért bomlási idővel, ami arra utal, hogy a visszacsapódásmentes gammasugarak szélességét valójában teljes mértékben a bomló állapot élettartama határozza meg. Az izomereltolódás, a nukleáris gammasugárzás energiájának a nukleáris és az elektronikus töltés közötti elektrosztatikus kölcsönhatás miatti változása, a magtöltés sugarának változását méri, amikor az atommag gerjesztett állapotba kerül. A magszinteknek az alacsony szimmetriájú kristályokban az elektromos térgradiensek, illetve a ferromágnesekben a mágneses mezők hatására hiperfinom komponensekre történő felosztása lehetővé teszi a mag elektromos kvadrupol- és mágneses dipólusmomentumainak mérését. A Mössbauer-spektrumokban mind az izomereltolódások, mind a hiperfinomszerkezeti felosztások könnyen felbonthatók. A Mössbauer-rezonancia energiaszélessége a gamma-sugárzás kibocsátásában és elnyelésében részt vevő gerjesztett állapot szélességének közvetlen mérését teszi lehetővé. A szélességből közvetlenül meghatározható a gerjesztett állapot élettartama.
A szilárdtestfizikai alkalmazások nagyjából a rácsdinamika és a hiperfinom kölcsönhatások kategóriájába tartoznak, bár más területeken is történtek hozzájárulások. Annak valószínűsége, hogy egy gamma-sugárzási folyamat visszaverődésmentes lesz, a termikus rezgések amplitúdójától függ a gamma-sugárzás hullámhosszához képest. A rezonanciaelnyelő képességük alapján meghatározott visszaverődésmentes emissziós események hányadának mérése adja meg a szilárd anyagban a termikus mozgások átlagos négyzetes amplitúdóját. Egykristályok felhasználásával a mozgás amplitúdója meghatározott kristályográfiai irányokban mérhető, ami a rácsdinamikai modellek szigorú tesztelését teszi lehetővé. A fent említett termikus vöröseltolódás ezen kívül megadja a termikus sebesség átlagos négyzetét.
A mágneses hiperfinom kölcsönhatások különösen hasznosak a mágnesesen rendezett anyagok, azaz a ferromágnesek, ferrimágnesek és antiferromágnesek vizsgálatában. A hiperfinom kölcsönhatás közvetett mértékét adja a mágneses ionok rácsának mágnesezettségének, és a mágneses kölcsönhatások részleteinek, valamint hőmérsékletfüggésük megvilágítására használták.
A kémiai alkalmazások nagyrészt az izomereltolódáson és a kvadrupolhasadáson alapulnak. Az előbbi az s-elektronok töltéssűrűségét méri az atommagban, és információt ad a kémiai kötések jellegéről; pl. valencia és kovalencia. Az utóbbi érzékeny mind a szerkezeti környezet szimmetriájára, mind a Mössbauer-magot tartalmazó atom külső elektronjainak hullámfüggvényére. A technikát alkalmazták az ón és vas fém-szerves vegyületeinek vizsgálatára, beleértve a hemoproteineket; a vas, ón, jód és a ritkaföldfémek szervetlen vegyületeire; valamint a híg Mössbauer-izotópokat tartalmazó klathrátok, katalizátorok és üvegek vizsgálatára.