A descoberta da Mössbauer teve consequências de grande alcance porque disponibilizou a radiação electromagnética (raios gama) cuja frequência é definida com maior precisão do que qualquer outra conhecida até à data e forneceu uma nova técnica para medir a interacção dos núcleos com o seu ambiente. A resolução energética melhor do que uma parte em 1012 foi alcançada com raios gama sem recuo.
O efeito Mössbauer encontrou aplicação em muitas áreas da ciência. Em estudos de relatividade a alta precisão com que a energia dos raios gama pode ser medida tornou possível uma demonstração direta do desvio gravitacional vermelho; ou seja, a mudança na energia de um quantum de radiação eletromagnética à medida que ela se move através de um campo gravitacional. Isto foi conseguido medindo o desvio Doppler necessário para compensar a mudança na energia do raio gama resultante de uma mudança na posição vertical de 2.260 centímetros através do campo gravitacional da Terra. A mudança medida foi de 2,5 partes em 1015 (uma velocidade Doppler de 2,7 milímetros por hora) e estava em estreita concordância com as previsões teóricas. Ou seja, verificou-se que um fotão de energia E comporta-se como se tivesse uma massa de E/c2, em que c é a velocidade da luz. Numa experiência relacionada verificou-se que a energia dos raios gama sem recuo diminui com o aumento da temperatura da fonte. Este recuo térmico pode ser interpretado de várias maneiras. Ele pode ser visto como um efeito Doppler relativista de segunda ordem resultante da velocidade média quadrada dos átomos no sólido; isto é, o movimento térmico. Por outro lado, pode ser visto como uma demonstração direta da dilatação relativista do tempo; ou seja, a desaceleração do relógio num sistema de coordenadas em movimento, aqui o átomo, quando visto por um observador estacionário. Tem sido argumentado que o efeito de Mössbauer do desvio térmico vermelho fornece uma resolução experimental direta do famoso paradoxo da relatividade, mostrando que um viajante do espaço será mais jovem no retorno à Terra do que o seu gêmeo-em-casa.
Aplicações em física nuclear são múltiplas. O efeito Mössbauer torna possível a medição direta da largura de uma linha de raios gama, que corresponde à largura do nível nuclear em decadência. Os resultados estão em estreita concordância com o tempo de decaimento medido, indicando que a largura dos raios gama sem recuo é de fato determinada inteiramente pela vida útil do estado de decaimento. O deslocamento do isômero, a mudança na energia de um raio gama nuclear devido à interação eletrostática entre carga nuclear e carga eletrônica, fornece uma medida da mudança no raio da carga nuclear quando o núcleo é elevado a um estado de excitação. A divisão dos níveis nucleares em componentes hiperfinos por gradientes do campo elétrico em cristais de baixa simetria ou por campos magnéticos em ferromagnetos torna possível a medição dos momentos de quadrupção elétrica nuclear e dipolo magnético. Ambos os deslocamentos de isômeros e divisões de estruturas hiperfinas são prontamente resolvidos nos espectros da Mössbauer. A largura de energia de uma ressonância Mössbauer proporciona uma medição direta da largura do estado excitado envolvido no processo de emissão e absorção de raios gama. A partir da largura, a vida útil do estado excitado pode ser obtida diretamente.
Aplicações em física de estado sólido se enquadram amplamente nas categorias de dinâmica da malha e interações hiperfinas, embora tenham sido feitas contribuições em outras áreas. A probabilidade de um processo de emissão de raios gama estar livre de recuo depende da amplitude das vibrações térmicas em comparação com o comprimento de onda do raio gama. Uma medida da fração dos eventos de emissão que estão livres de recuo, determinada pela sua capacidade de ser absorvida de forma ressonante, fornece a amplitude média quadrada do movimento térmico no sólido. Usando cristais simples, a amplitude do movimento pode ser medida em direções cristalográficas específicas, fornecendo um teste rigoroso de modelos dinâmicos de treliça. O deslocamento térmico vermelho mencionado acima fornece, além disso, a velocidade térmica média quadrada.
Interações magnéticas hiperfinas têm sido particularmente úteis no estudo de materiais de ordem magnética; ou seja, ferromagnetos, ferromagnetos e antiferromagnetos. A interação hiperfina dá uma medida indireta da magnetização da malha de íons magnéticos e tem sido usada para elucidar os detalhes das interações magnéticas assim como sua dependência da temperatura.
Aplicações em química são baseadas em grande parte no deslocamento do isômero e na divisão quadripolar. O primeiro mede a densidade de carga s-electrónica no núcleo e dá informação sobre o carácter das ligações químicas; por exemplo, valência e covalência. O último é sensível tanto à simetria do ambiente estrutural como à função de onda dos elétrons externos do átomo contendo o núcleo Mössbauer. A técnica tem sido aplicada ao estudo de compostos metal-orgânicos de estanho e ferro, incluindo hemoproteínas; a compostos inorgânicos de ferro, estanho, iodo e terras raras; assim como a clatratos, catalisadores e vidros contendo isótopos diluídos de Mössbauer.