ทาลาทิซามีนใช้หลักในสาขาเคมียาเพื่อเป็นอนุภาคนาฬิกาโครงสร้างในการพัฒนายาใหม่ ทำหน้าที่เป็นตัวกลางสำคัญในการสังเคราะห์ยาที่มีฐานจากอัลคาลอยด์ โดยเฉพาะยาที่เล็งเป้าไปยังระบบประสาทและระบบหัวใจหลอดเลือด เนื่องจากโครงสร้างโพลีไซคลิกที่เป็นเอกลักษณ์ จึงถูกศึกษาสำหรับศักยภาพทางชีวภาพ รวมถึงคุณสมบัติต้านอาริทเมียและป้องกันระบบประสาท นักวิจัยยังใช้ทาลาทิซามีนในการศึกษาความสัมพันธ์โครงสร้าง-กิจกรรม (SAR) เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพและความเลือกเฉพาะในตัวยาที่ได้จากอัลคาลอยด์ธรรมชาติ การประยุกต์ใช้ยังคงอยู่ในงานวิจัยและการค้นพบยาขั้นต้นเป็นหลัก นอกจากนี้ ยังใช้ในงานวิจัยทางชีวเคมีเกี่ยวกับกลไกของสารพิษที่มีผลต่อระบบประสาท โดยเฉพาะการศึกษาผลกระทบต่อช่องไอออนโพแทสเซียมในเซลล์ประสาท ช่วยให้เข้าใจการทำงานของระบบประสาทและการพัฒนายาที่เกี่ยวข้องกับโรคทางระบบประสาทบางชนิด รวมถึงการใช้เป็นมาตรฐานในการวิเคราะห์สารพิษจากพืชในห้องปฏิบัติการ