4,5-Dimethylthiazole ใช้เป็นสารตั้งต้นหลักในการสังเคราะห์ยา โดยเฉพาะยาที่มุ่งเป้าไปยังระบบประสาทส่วนกลาง และเป็นตัวกลางในการผลิตสารประกอบที่มีคุณสมบัติต้านการอักเสบ ยาแก้ปวด และต้านจุลชีพ นอกจากนี้ ยังใช้ในอุตสาหกรรมเคมีเกษตรเพื่อช่วยในการพัฒนายาฆ่าแมลงและสารกำจัดวัชพืช รวมถึงเป็นส่วนประกอบสำคัญในสารแต่งกลิ่นและรสสำหรับอุตสาหกรรมอาหารและเครื่องดื่ม เพื่อเพิ่มกลิ่นหอมและรสชาติที่เฉพาะตัว ในด้านการสังเคราะห์อินทรีย์ ใช้ในการเตรียมโมเลกุลซับซ้อนสำหรับการวิจัยและการประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรม