Descoperirea lui Mössbauer a avut consecințe profunde, deoarece a pus la dispoziție o radiație electromagnetică (raze gamma) a cărei frecvență este mai precis definită decât oricare alta cunoscută până în prezent și a oferit o nouă tehnică de măsurare a interacțiunii nucleelor cu mediul lor. O rezoluție energetică mai bună de o parte la 1012 a fost obținută cu raze gamma fără recul.
Efectul Mössbauer și-a găsit aplicații în multe domenii ale științei. În studiile de relativitate, precizia ridicată cu care poate fi măsurată energia razelor gamma a făcut posibilă o demonstrație directă a deplasării gravitaționale spre roșu; adică schimbarea energiei unui cuantum de radiație electromagnetică pe măsură ce se deplasează printr-un câmp gravitațional. Acest lucru a fost realizat prin măsurarea decalajului Doppler necesar pentru a compensa modificarea energiei razelor gamma care rezultă dintr-o schimbare a poziției verticale de 2.260 de centimetri prin câmpul gravitațional al Pământului. Schimbarea măsurată s-a ridicat la 2,5 părți din 1015 (o viteză Doppler de 2,7 milimetri pe oră) și a fost în strânsă concordanță cu predicțiile teoretice. Altfel spus, s-a constatat că un foton de energie E se comportă ca și cum ar avea o masă de E/c2, în care c este viteza luminii. Într-un experiment conex, s-a constatat că energia razelor gamma fără recul scade odată cu creșterea temperaturii sursei. Această deplasare termică spre roșu poate fi interpretată în mai multe moduri. Ea poate fi privită ca un efect Doppler relativist de ordinul doi, care rezultă din viteza medie pătratică a atomilor din solid, adică din mișcarea termică. Pe de altă parte, poate fi privit ca o demonstrație directă a dilatării relativiste a timpului; adică, încetinirea ceasului într-un sistem de coordonate în mișcare, aici atomul, atunci când este privit de un observator staționar. S-a argumentat că efectul Mössbauer de deplasare termică spre roșu oferă o rezolvare experimentală directă a faimosului paradox al gemenilor din relativitate, demonstrând că un călător în spațiu va fi mai tânăr la întoarcerea pe Pământ decât geamănul său rămas acasă.
Aplicațiile în fizica nucleară sunt multiple. Efectul Mössbauer face posibilă măsurarea directă a lățimii unei linii de raze gamma, care corespunde lățimii nivelului nuclear în dezintegrare. Rezultatele sunt în strânsă concordanță cu timpul de dezintegrare măsurat, ceea ce indică faptul că lățimea razelor gamma fără recul este de fapt determinată în întregime de durata de viață a stării de dezintegrare. Deplasarea izomerului, modificarea energiei unei raze gamma nucleare datorată interacțiunii electrostatice dintre sarcina nucleară și cea electronică, oferă o măsură a modificării razei de sarcină nucleară atunci când nucleul este ridicat la o stare excitată. Divizarea nivelurilor nucleare în componente hiperfine de către gradienți de câmp electric în cristale cu simetrie redusă sau de către câmpuri magnetice în feromagneți face posibilă măsurarea momentelor de cuadripol electric și de dipol magnetic nucleare. Atât deplasările de izomeri, cât și diviziunile structurii hiperfine sunt ușor de rezolvat în spectrele Mössbauer. Lățimea energetică a unei rezonanțe Mössbauer oferă o măsurătoare directă a lățimii stării excitate implicate în procesul de emisie și absorbție a razelor gama. Din această lățime se poate obține direct durata de viață a stării excitate.
Aplicațiile în fizica stării solide se încadrează, în linii mari, în categoriile de dinamică a rețelei și interacțiuni hiperfine, deși s-au adus contribuții și în alte domenii. Probabilitatea ca un proces de emisie de raze gamma să fie fără recul depinde de amplitudinea vibrațiilor termice în comparație cu lungimea de undă a razelor gamma. O măsurare a fracțiunii de evenimente de emisie care nu prezintă recul, determinată de capacitatea lor de a fi absorbite prin rezonanță, furnizează amplitudinea medie pătratică a mișcării termice în solid. Utilizând monocristale, amplitudinea mișcării poate fi măsurată în direcții cristalografice specifice, oferind un test riguros al modelelor dinamice de rețea. Deplasarea termică spre roșu menționată mai sus oferă, în plus, viteza termică medie pătratică.
Interacțiunile hiperfine magnetice au fost deosebit de utile în studiul materialelor ordonate magnetic; de exemplu, feromagneți, ferimagneți și antiferomagneți. Interacțiunea hiperfină oferă o măsură indirectă a magnetizării rețelei de ioni magnetici și a fost folosită pentru a elucida detaliile interacțiunilor magnetice, precum și dependența lor de temperatură.
Aplicațiile în chimie se bazează în mare parte pe deplasarea izomerilor și divizarea cuadripolară. Prima măsoară densitatea de sarcină a electronilor s la nucleu și oferă informații despre caracterul legăturilor chimice; de exemplu, valență și covalență. Acesta din urmă este sensibil atât la simetria mediului structural, cât și la funcția de undă a electronilor externi ai atomului care conține nucleul Mössbauer. Tehnica a fost aplicată la studiul compușilor metal-organici de staniu și fier, inclusiv la hemoproteine; la compușii anorganici de fier, staniu, iod și pământuri rare; precum și la clatrați, catalizatori și sticle care conțin izotopi Mössbauer diluați.
.