SERS khắc phục những vấn đề về độ nhạy và tăng giới hạn phát hiện của kỹ thuật tán xạ Raman. Vì các tắn hiệu SERS là hẹp hơn nhiều so với các dải phổ huỳnh quang nên có thể phát hiện đồng thời nhiều chất phân tắch. SERS có tiềm năng ứng dụng trong phân tắch hóa học, hóa sinh, khoa học pháp y, môi trường,Ầ, những lĩnh vực mà việc xác định và mô tả đặc điểm cấu trúc của các phân tử đóng vai trò trung tâm. Một số ứng dụng nổi bật của SERS bao gồm:
1.2.4.1. Ứng dụng trong các cảm biến sinh học
SERS từ lâu đã được sử dụng rất rộng rãi trong các nghiên cứu liên quan đến sinh học [4, 5, 28, 29, 39]. Giống như các công cụ phân tắch khác, ứng dụng của SERS trong lĩnh vực sinh học bao gồm hai hướng chắnh: nghiên cứu cơ bản, trong đó tập trung vào việc sử dụng SERS để kiểm tra cấu trúc, cấu tạo, truyền điện tắch của các phân tử sinh học [7, 32, 36]; và nghiên cứu ứng dụng [4, 5, 28]. Hướng thứ hai có thể được chia thành các ứng dụng như trực tiếp chẩn đoán y sinh (vắ dụ như chẩn đoán ung thư theo dõi glucose [28])
1.2.4.2. Ứng dụng trong các phân tắch môi trường
Trong suốt thời gian kể từ khi được phát hiện cho đến nay, SERS đã được sử dụng như một công cụ vô cùng hữu ắch đối với các phân tắch một trường. Đã có nhiều báo cáo tổng quan về việc sử dụng kỹ thuật SERS trong phân tắch môi trường [23, 39, 13]. Các phân tử mục tiêu được phân tắch bởi SERS cũng rất phong phú bao gồm thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ, các hóa chất dược phẩm trong nước và trong nước bọt, các loại thuốc nhuộm thực phẩm bị cấm, các hóa chất gốc thơm trong dung dịch nước thường và trong nước biển, các dẫn xuất chlorophenol và axắt amin, các thành phần hóa học dùng trong chiến tranh, chất nổ, các chất ô nhiễm hữu cơ có trong đất, Technetium-99, các hóa chất gây ảnh hưởng đến nội tiết và methane hòa tan,Ầ[ 23, 39]. SERS có thể được sử dụng để phát hiện các chất gây ô nhiễm ở nồng độ femtomol và có khả năng phát hiện đồng thời nhiều chất gây ô nhiễm với tắnh phân cực và trọng lượng phân tử khác nhau [13]. Bên canh đó, SERS rất nhạy với sự khác biệt nhỏ trong cấu trúc vật liệu, do đó nó cho phép phân biệt các phân tử hữu cơ và các chủng vi khuẩn có cấu trúc tương tự nhau.