2,4-Dibromothiazole ใช้หลัก ๆ ในการสังเคราะห์อินทรีย์ โดยทำหน้าที่เป็นสารกลางสำคัญในการผลิตเภสัชภัณฑ์และสารเคมีเกษตรต่าง ๆ โครงสร้างของมันมีคุณค่าอย่างยิ่งในการพัฒนาสารประกอบที่มีวงแหวนไทอะซอล ซึ่งพบได้บ่อยในยาที่針對การอักเสบ การติดเชื้อ และภาวะทางการแพทย์อื่น ๆ นอกจากนี้ ยังมีการประยุกต์ใช้ในการสังเคราะห์สีย้อมและเม็ดสี ซึ่งช่วยในการให้สีแก่เนื้อวัสดุ ในงานวิจัย มันถูกใช้ในการศึกษาปฏิกิริยาเคมีที่เกี่ยวข้องกับฮีเทอโรไซเคิลที่ถูกฮาโลเจนแทนที่ ช่วยในการค้นพบปฏิกิริยาและกลไกใหม่ ๆ