O-Methylisourea hydrochloride ใช้หลักๆ ในการสังเคราะห์อินทรีย์ โดยทำหน้าที่เป็นสารเคมีหลักสำหรับการนำกลุ่มเมทิลเข้าสู่โมเลกุล โดยเฉพาะในการเตรียมอนุพันธ์ที่เมทิลของเอมีนและกรดอะมิโน นอกจากนี้ยังใช้ในการสังเคราะห์เภสัชภัณฑ์ เพื่อช่วยปรับเปลี่ยนโครงสร้างของสารประกอบให้เพิ่มกิจกรรมทางชีวภาพหรือความเสถียรยิ่งขึ้น ยิ่งไปกว่านั้น ยังมีการประยุกต์ใช้ในการผลิตสารเคมีเกษตร ซึ่งช่วยในการพัฒนายาฆ่าแมลงและสารกำจัดวัชพืช บทบาทของมันในการสร้างเปปไทด์และโปรตีนที่ปรับเปลี่ยนแล้วมีความสำคัญอย่างมากต่อการวิจัยทางชีวเคมีและชีววิทยาโมเลกุล