ไดไทโอบิยูเรทใช้หลักในการสังเคราะห์สารประกอบอินทรีย์ต่างๆ โดยเฉพาะในการผลิตยาและสารเคมีเกษตร โครงสร้างที่ไม่เหมือนใครของมันช่วยให้ทำหน้าที่เป็นส่วนประกอบพื้นฐานในการสร้างโมเลกุลที่ซับซ้อน มักใช้เป็นสารตั้งต้นในการพัฒนายาที่มุ่งเป้าไปยังเส้นทางชีวภาพเฉพาะ นอกจากนี้ ไดไทโอบิยูเรทยังมีการประยุกต์ใช้ในห้องปฏิบัติการวิจัยเป็นสารเคมีสำหรับศึกษาปฏิกิริยาเคมีและกลไก โดยเฉพาะที่เกี่ยวข้องกับสารประกอบที่มีกำมะถัน บทบาทในวิทยาศาสตร์วัสดุก็สำคัญเช่นกัน โดยมีส่วนช่วยในการพัฒนาพอลิเมอร์และวัสดุขั้นสูงอื่นๆ ที่มีคุณสมบัติที่ปรับแต่งได้