mPEG-NHS ใช้ในงานไบโอคอนจูเกชันเพื่อติดสายโพลีเอทิลีนไกลคอล (PEG) กับหมู่อะมีนปฐมภูมิบนโปรตีน เปปไทด์ หรือกรดนิวคลีอิกที่ถูกดัดแปลงด้วยอะมีน โดยช่วยเพิ่มความละลายน้ำ ความเสถียร และความเข้ากันได้ทางชีวภาพ ขณะเดียวกันก็ลดภูมิคุ้มกันภาพ ใช้กันทั่วไปในระบบส่งยา PEGylation ของโปรตีนบำบัด และการดัดแปลงพื้นผิวของนาโนอนุภาค เอสเตอร์ NHS ตอบสนองได้อย่างมีประสิทธิภาพที่ pH 7–9 ทำให้สามารถทำการคอนจูเกชันภายใต้สภาวะน้ำอ่อนโยน นอกจากนี้ยังใช้ในการสร้างไฮโดรเจล PEGylated และการฟังก์ชันนาไลซ์ชีววัสดุสำหรับอุปกรณ์ทางการแพทย์

mPEG-NHS ใช้ในงานดัดแปลงโมเลกุลชีวภาพ เช่น โปรตีน หรือเปปไทด์ โดยทำปฏิกิริยากับหมู่อะมิโน (–NH₂) ที่ปลายสายโซ่หรือหมู่ไซด์เชนของกรดอะมิโน ทำให้เกิดพันธะที่มั่นคง ส่งผลให้โมเลกุลที่ถูกดัดแปลงมีขนาดโมเลกุลเพิ่มขึ้นและละลายน้ำได้ดีขึ้น ช่วยยืดอายุการใช้งานในกระแสเลือดและลดการถูกกำจัดโดยระบบภูมิคุ้มกัน

นอกจากนี้ยังใช้ในระบบส่งยาเป้าหมาย โดยการต่อ mPEG-NHS เข้ากับเวกเตอร์หรืออนุภาคนาโน เพื่อเพิ่มความเสถียรและลดการจับตัวกับโปรตีนในพลาสมา ทำให้สามารถส่งยาไปยังตำแหน่งที่ต้องการได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น

ในงานวิจัยด้านชีววัสดุ mPEG-NHS ใช้ในการปรับพื้นผิวของวัสดุทางการแพทย์ เช่น เครื่องมือหรืออุปกรณ์ที่สัมผัสกับเนื้อเยื่อ เพื่อลดการอักเสบหรือการตอบสนองของร่างกาย