4-Phenylthiosemicarbazide ใช้หลักๆ ในการสังเคราะห์อินทรีย์ โดยทำหน้าที่เป็นสารกลางสำคัญในการผลิตสารประกอบเฮเตอร์โรไซคลิกต่างๆ มีคุณค่าอย่างยิ่งในการสังเคราะห์ thiadiazoles และ triazoles ซึ่งมี ứng dụngในเภสัชภัณฑ์และสารเคมีเกษตร นอกจากนี้ยังทำหน้าที่เป็นสารเชลติ้ง สร้างคอมเพล็กซ์ที่เสถียรกับไอออนโลหะ ทำให้มีประโยชน์ในเคมีวิเคราะห์สำหรับการตรวจจับและแยกไอออนโลหะ สารอนุพันธ์ของมันยังถูกสำรวจสำหรับคุณสมบัติต้านจุลินทรีย์และต้านมะเร็ง ซึ่งมีส่วนช่วยในการวิจัยเคมียารักษาโรคที่กำลังดำเนินอยู่