化学工业用于生产次氯酸钠、氯化铝、三氯化铁、漂白粉、溴素、三氯化磷等无机化工产品，还用于生产有机氯化物，如氯乙酸、环氧氯丙烷、一氯代苯等。也用于生产氯丁橡胶、塑料及增塑剂。日用化学工业用于生产合成洗涤剂原料烷基磺酸钠和烷基苯磺酸钠等。
制环氧丙烷
在氯醇法生产环氧丙烷的过程中，有一步反应是丙烯与次氯酸反应生成氯醇，因此可将氯水用于氯醇化反应中，同时氯水可部分代替生产所用工艺水。
反应方程式如下：
Cl2+H2O=HCIO+HCl；
C3H6+HCIO=C3H7ClO。
C3H7ClO+Ca(OH)2=C3H6O+CaCl2+2H2O。
制备氯化铁
此方法利用工业盐酸或酸洗废液与废铁屑反应，生成氯化亚铁溶液，氯化亚铁溶液与废铁屑组成的循环吸收液与氯气发生氧化还原反应，氯气将Fe2+氧化为Fe3+，Fe3+被吸收液中的铁屑还原为Fe2+，Fe2+继续与氯气反应，形成循环吸收。
涉及应方程式有：
Fe+2H+=Fe2++H2↑；
2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl-；
2Fe3++Fe=3Fe2+。
制盐酸
工业上制取盐酸时，首先在反应器中将氢气点燃，然后通入氯气进行反应，制得氯化氢气体，反应方程式为：H2+Cl2=2HCl。氯化氢气体冷却后被水吸收成为盐酸。在氯气和氢气的反应过程中，有毒的氯气被过量的氢气所包围，使氯气得到充分反应，防止了对空气的污染。
制聚氯乙烯
重单体制法可分为两种路线，一种是以乙烯为原料的石油路线，即氧氯化法。由石油裂解分离出乙烯，然后用氧气和HCl（裂解副产物）作用生成的Cl2与乙烯发生氯化反应，生成二氯乙烷，再裂解出氯化氢得氯乙烯。
其总反应方程式为：
4CH2=CH2+O2+2Cl2→4CH2=CHCl+2H2O
另一种为乙炔电石法。以电石为原料制备乙炔，然后与氯化氢反应制得氯乙烯。
反应方程式为：
CaC2+2H2O→4CHCH+Ca(OH)2；
CHCH+HCl→CH2=CHCl（反应条件为 HgCl2/C 120-180℃）。
制漂白物
氯气制成的漂白物很多，一般生活中涉及两种，NaClO和Ca(ClO)2。一般来说，消毒液是NaClO，一般用氯气通入氢氧化钠中制得。但其价格较高，工业漂白不用，常见于84消毒液。消毒粉则是Ca(ClO)2，因为其不够稳定一般为固体，是氯气通入石灰乳中制得，价格低廉，用于工业漂白，使用方法是加水溶解有效成分是次氯酸钙，从而漂白（制备次氯酸钙固体，用氢氧化钠溶液吸收含氯尾气得到的产物是次氯酸钠溶液，得不到固体产物，不容易长时间保存。用氢氧化钠和氢氧化钙的混合水溶液吸收氯气时，能够得到次氯酸钙固体，便于储存和使用）。保存以上漂白剂时，注意密封干燥，避免阳光直射。因为次氯酸盐在空气中会与二氧化碳、水发生反应，产生次氯酸，次氯酸在光照下分解，从而导致漂白剂失效。
冶金工业
主要用于生产金属钛、镁等。
电子工业
在电子工业中，高纯氯气主要用于电子工业干刻、光导纤维、晶体生长和热氧化。
干法蚀刻
干法刻蚀是用等离子体进行薄膜刻蚀的技术。
干刻又叫干法蚀刻，是指气固反应，气相产物主要有GaCl2，AsCl2和氢气，使用氯气做等离子蚀刻时，通常采用5%的高纯氯气+95%的氦气。
用氯气氧化降解制备纳米微晶纤维素
中国专利公开了用氯气氧化降解制备纳米微晶纤维素的方法，与水解法制备纳米微晶纤维素相比，氯气氧化降解法利用了氯气水解所产生的次氯酸钠的漂白作用，可以使制得的纳米微晶纤维素光亮、洁白。
氯气还用于大规模集成电路、光纤、高温超导等技术领域。
医药工业
氯气常用于制药，常参与含氯有机化合物的合成。如：马来酸氨氯地平片；N-(2-甲基-2,3-二氢-1H-吲哚基)-3-氨磺酰基-4-氯-苯甲酰胺。
农药工业
用作生产高效杀虫剂、杀菌剂、除草剂、植物生长刺激剂的原料。如：敌百虫、敌敌畏等。
其他方面
用于啤酒厂的污水处理
中国专利公布了用氯气对啤酒厂污水进行处理的方法。氯气价格低廉，用量少，消毒可靠，工艺成熟，是自来水公司普遍使用的消毒剂，氯气还可以除臭、除微生物，对生物耗氧量和化学耗氧量去除率也很高，可确保回收水质的稳定，因而比较适合啤酒厂污水的处理。
自来水消毒
自来水常用氯气消毒，1 L水里约通入0.002 g氯气，消毒原理是其与水反应生成了次氯酸，它的强氧化性能杀死水里的病菌。而之所以不直接用次氯酸为自来水杀菌消毒，是因为次氯酸易分解难保存、成本高、毒性较大，则用氯气消毒可使水中次氯酸的溶解、分解、合成达到平衡，浓度适宜，水中残余毒性较少。