Bis-PEG3-NHS Ester ถูกใช้อย่างแพร่หลายในการเชื่อมต่อทางชีวเคมี (bioconjugation) สำหรับการทำการเชื่อมขวาง (crosslinking) โมเลกุลชีวภาพ เช่น โปรตีน เพปไทด์ และแอนติบอดี การประยุกต์ใช้หลักอยู่ที่การพัฒนาแอนติบอดี-ยาต้านมะเร็ง (ADCs) โดยทำหน้าที่เป็นตัวคั่น (spacer) เพื่อเชื่อมแอนติบอดีกับยาพิษ (cytotoxic drug) ช่วยเพิ่มความละลายน้ำและลดการรวมตัว ตัวคั่น PEG3 ช่วยเพิ่มความชอบน้ำ (hydrophilicity) และให้ความยืดหยุ่น ซึ่งสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการจับและความเสถียรของสารที่เชื่อมต่อ

นอกจากนี้ยังใช้ในการปรับเปลี่ยนพื้นผิวของนาโนพาร์ติเคิลและเซ็นเซอร์ชีวภาพ (biosensors) ซึ่งต้องการการยึดติดโมเลกุลชีวภาพอย่างควบคุมได้ หมู่เอสเตอร์ NHS ทำปฏิกิริยากับอะมีนปฐมภูมิ (เช่น ไลซีน) ได้อย่างมีประสิทธิภาพภายใต้สภาวะอ่อนโยน ทำให้เกิดการเชื่อมต่อเฉพาะที่ (site-specific conjugation) เนื่องจากโครงสร้างโฮโมไบฟังกชันนัล (homobifunctional) มันสามารถเชื่อมโยงโมเลกุลที่มีอะมีนสองโมเลกุล ทำให้มีประโยชน์ในการสร้างคอมเพล็กซ์โปรตีน-โปรตีนหรือโปรตีน-โพลิเมอร์

เพิ่มเติม Bis-PEG3-NHS Ester ถูกนำไปใช้ในงานวิจัยโปรตีโอมิกส์สำหรับการติดฉลากและการศึกษาโครงสร้างโปรตีน ช่วยให้เข้าใจปฏิสัมพันธ์และพลวัตโครงสร้างของโปรตีน คุณสมบัติละลายน้ำและ biocompatibility ทำให้เหมาะสำหรับใช้ในสภาพแวดล้อมทางสรีรวิทยาโดยไม่ต้องใช้น้ำยาอินทรีย์ร่วม