Trifluorothymine ใช้หลักในการวิจัยและพัฒนายา โดยเฉพาะในการสังเคราะห์ยาต้านไวรัสและยาต้านมะเร็ง โครงสร้างที่ดัดแปลงช่วยเพิ่มความเสถียรทางเมแทบอลิซึมและความสัมพันธ์ในการจับกับเอนไซม์เป้าหมาย ทำให้มีคุณค่าในการออกแบบอนุภาคนิวคลีโอไซด์อนุโลม มีบทบาทเป็นสารกลางสำคัญในการสร้างอนุพันธ์ไพรีมีดีนฟลูออรีนที่รบกวนการจำลองดีเอ็นเอในเซลล์ที่แบ่งตัวเร็ว คุณสมบัตินี้ถูกนำมาใช้ในมะเร็งวิทยาสำหรับยับยั้งการเจริญเติบโตของเนื้องอก นอกจากนี้ เนื่องจากต้านทานการย่อยสลายโดยเอนไซม์ในเซลล์ จึงช่วยเพิ่มอายุครึ่งชีวิตของสารยารักษาในร่างกาย Trifluorothymine ยังถูกใช้ในการศึกษาทางชีวเคมีเพื่อสำรวจกลไกเอนไซม์ที่เกี่ยวข้องกับการเมแทบอลิซึมของไทมีดีน โดยเฉพาะไวรัสเริมและเอชไอวี รวมถึงการยับยั้งการจำลองดีเอ็นเอเพื่อเข้าใจกลไกการแบ่งตัวของเซลล์และพัฒนายาใหม่