ไฮดรอกซีเฮกซาไมด์ใช้หลักๆ ในด้านการสังเคราะห์อินทรีย์ในฐานะสารกลางสำหรับการผลิตสารประกอบทางเคมีต่างๆ โดยมีบทบาทสำคัญในการพัฒนายา โดยเฉพาะในการสังเคราะห์ส่วนผสมยาสำคัญ (APIs) สำหรับยาที่กำหนดเป้าหมายโรคเมแทบอลิซึม นอกจากนี้ ยังใช้ในห้องปฏิบัติการวิจัยเพื่อศึกษาการเกิดปฏิกิริยาเคมีและพัฒนาเส้นทางสังเคราะห์ใหม่ การประยุกต์ใช้ของมันขยายไปถึงการผลิตสารเคมีพิเศษที่ใช้ในอุตสาหกรรม เช่น อุตสาหกรรมเกษตรเคมีและวิทยาศาสตร์วัสดุ