Die Talsperre dient dem Hochwasserschutz, der Niedrigwasseraufhöhung der Soeste sowie des Küstenkanals, der Naherholung, der Sportfischerei und dem Naturschutz. Der Stausee ist mit seinem 3.100 Meter langen Staudamm ein typischer Flachlandsee, der ausgedehnte Flachwasserzonen hat. Diese sind ein wertvoller Lebensraum für bedrohte Tier- und Pflanzenarten. Das 462 Hektar große Naturschutzgebiet umfasst auch Sand-, Heide- und Waldflächen. Ein Lehrpfad mit 19 Stationen führt über einen zehn Kilometer langen Rundwanderweg um die Talsperre.
Die Anlage wird vom Niedersächsischen Landesbetrieb für Wasserwirtschaft, Küsten- und Naturschutz, Betriebsstelle Cloppenburg, betrieben. Auch gibt es einen Zweckverband Erholungsgebiet Thülsfeld Talsperre in Cloppenburg.