ไธมิดีน 3',5'-ไดฟอสเฟตถูกใช้ในการศึกษาทางชีวเคมีและโมเลกุลชีววิทยา โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการวิจัยเกี่ยวกับกระบวนการสังเคราะห์ DNA เนื่องจากเป็นสารตั้งต้นสำคัญในปฏิกิริยาการสร้างสายพอลินิวคลีโอไทด์ DNA นอกจากนี้ยังใช้ในการศึกษาการทำงานของเอนไซม์ที่เกี่ยวข้องกับการเติมหมู่ฟอสเฟตและการตัดต่อโมเลกุล DNA ในห้องปฏิบัติการ การใช้ไธมิดีน 3',5'-ไดฟอสเฟตช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจกลไกการทำงานของเซลล์ในระดับโมเลกุลได้ดียิ่งขึ้น