5-Nitroquinoxaline ใช้หลักในการสังเคราะห์อินทรีย์ โดยทำหน้าที่เป็นสารกลางสำคัญในการผลิตสารประกอบเฮเทโรไซคลิกต่างๆ กลุ่มไนโตรของมันทำให้เป็นสารตั้งต้นที่มีคุณค่าในการพัฒนายา โดยเฉพาะในการสร้างยาที่มีศักยภาพต้านมะเร็งและต้านจุลชีพ นอกจากนี้ ยังใช้ในการวิจัยเพื่อศึกษาคุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ของ quinoxaline ที่ถูกแทนที่ด้วยไนโตร ซึ่งมีความสำคัญในวิทยาศาสตร์วัสดุสำหรับการออกแบบเซมิคอนดักเตอร์อินทรีย์และอุปกรณ์ออปโตอิเล็กทรอนิกส์ บทบาทในการสังเคราะห์โมเลกุลซับซ้อนยังขยายไปสู่สารเคมีเกษตร โดยมีส่วนช่วยในการพัฒนายาฆ่าแมลงและสารกำจัดวัชพืชชนิดใหม่