ไฮโดรคลอไรด์ของไดออกซี่ไซคลินใช้อย่างแพร่หลายในวงการแพทย์ในฐานะยาปฏิชีวนะเพื่อรักษาการติดเชื้อแบคทีเรียหลายชนิด มีประสิทธิภาพต่อการติดเชื้อในระบบทางเดินหายใจ ระบบทางเดินปัสสาวะ และการติดเชื้อที่ผิวหนัง นอกจากนี้ ยังใช้ในการจัดการโรคติดต่อทางเพศสัมพันธ์ เช่น คลามีเดียและหนองในแท้

ในสัตวแพทย์ มักสั่งใช้สำหรับสัตว์เพื่อรักษาการติดเชื้อที่เกิดจากแบคทีเรียที่ไวต่อยา ยังใช้ในการป้องกันมาลาเรียสำหรับนักเดินทางที่ไปยังพื้นที่ที่มีการระบาดของโรค

นอกเหนือจากการใช้ต้านจุลินทรีย์ ไฮโดรคลอไรด์ของไดออกซี่ไซคลินใช้ในการรักษาสิวและโรซาเซียเนื่องจากคุณสมบัติต้านการอักเสบ ยังใช้ในการจัดการโรคปริทันต์เพื่อลดการเจริญเติบโตของแบคทีเรียและการอักเสบในเหงือก

ในการวิจัย ใช้เป็นเครื่องมือในชีววิทยาโมเลกุลสำหรับควบคุมการแสดงออกของยีนในระบบการแสดงออกของยีนที่เหนี่ยวนำ กิจกรรมสเปกตรัมกว้างและความหลากหลายทำให้เป็นสารประกอบที่มีคุณค่าในทั้งการประยุกต์ทางคลินิกและทางวิทยาศาสตร์

นอกจากนี้ ยังใช้ในการรักษาโรคติดเชื้อจากเห็บ เช่น โรคไลม์และโรคริคเก็ตเซีย