5-Chloro-2'-deoxyuridine ถูกนำมาใช้ในการศึกษาทางชีววิทยาโมเลกุลและทางการแพทย์ โดยเฉพาะในด้านการวิจัยเกี่ยวกับการแบ่งเซลล์และการรักษาโรคมะเร็ง สารนี้เป็นอะนาล็อกของไทมิดีน ซึ่งสามารถรวมเข้าไปใน DNA แทนที่ไทมิดีนปกติ ทำให้กระบวนการจำลอง DNA ผิดปกติและยับยั้งการเจริญเติบโตของเซลล์มะเร็ง นอกจากนี้ยังมีการใช้ในการศึกษากลไกการซ่อมแซม DNA และการตอบสนองของเซลล์ต่อความเสียหายของ DNA ด้วยคุณสมบัติเหล่านี้ ทำให้มันเป็นเครื่องมือสำคัญในการวิจัยทางวิทยาศาสตร์และการพัฒนายาต้านมะเร็ง