La fenelzina è usata primariamente nel trattamento della depressione maggiore e dei disturbi d'ansia, specie nel caso delle depressioni "atipiche" come la distimia, le depressioni non endogene e neurotiche, depressioni resistenti ad altri trattamenti dove mostra un'efficacia spesso maggiore alle altre classi di farmaci antidepressivi. Inoltre è stato trovato eficace nel trattamento della depressione bipolare, disturbo da attacchi di panico, disturbo da ansia sociale, bulimia e disturbo da stress post traumatico (PTSD).