頂空技術的使用，可以免除冗長煩瑣的樣品前處理過程，避免有機溶劑帶入的雜質對分析造成干擾，減少對色譜柱及進樣口的污染；頂空色譜技術以其簡單實用的優點在環境檢測（如飲用水中揮發性鹵代烴和工業污水中揮發性有機物）、藥物中有機殘留溶劑檢測、食品、法庭科學、石油化工、包裝材料、涂料及釀酒業分析等領域得到廣泛的應用。

例如對香蕉、薄荷油、烤咖啡、白蘭地酒、威士忌酒等的揮發性組分的頂空氣相色譜分析，即使沒有作精密的定性定量分析，從色譜圖上也能了解其氣味或味道的真實的情況。另外，可與電子鼻、電子舌等感官儀器聯用，對食品、化妝品、藥品等的檢測分析有很好的輔助效果。

頂空氣相色譜法也可用于測定固體高聚物和高聚物分散系。此技術檢測殘留單體比用常規的把高聚物溶解后再度沉淀的方法要靈敏得多。頂空氣相色譜法也是測試高聚物化學穩定性的一種快速而又簡便的方法。取容器中的氣體進行氣相色譜分析，則可了解在各種溫度下容器材料的抗水蒸汽、抗HCl氣等的性能。