Пентахлорид фосфора в основном используется в качестве реагента для хлорирования спиртов, карбоновых кислот, амидов, альдегидов, кетонов, енолов и реагентов перегруппировки Бекмана. Применяется в качестве хлорирующего агента и катализатора в органическом синтезе, применяется в производстве лекарств, красителей, химических волокон. Это также сырье для производства хлорида фосфазена и хлорокиси фосфора.

Структурная единица пентахлорида фосфора в твердом состоянии может быть записана как кристаллическая структура PCl4+, PCl6-, хлорида цезия, два иона имеют тетраэдрическую и октаэдрическую структуры соответственно, атом фосфора в катионе представляет собой sp3-гибридизацию, а фосфор в анионе представляет собой гибридизация sp3d2. Пентахлорид фосфора в газообразном и жидком состояниях имеет единую молекулярную структуру, а молекулы имеют треугольную и бипирамидальную форму, что согласуется с предсказанием теории ВСЕПР.

Молекулярная структура PCl5

Молекулярная структура в растворе зависит от концентрации и растворителя. При растворении в полярных растворителях (таких как нитрометан, нитробензол) пентахлорид фосфора подвергается самодвойной ионизации.