2-Thiouracil ใช้เป็นสารตั้งต้นในการสังเคราะห์สารประกอบทางเภสัชกรรม โดยเฉพาะยาที่ใช้รักษาโรคไทรอยด์เป็นพิษ เช่น ใช้ผลิตยาเมธิมาโซลและโพรพิลไทโออูราซิล ซึ่งช่วยยับยั้งการสร้างฮอร์โมนไทรอยด์ในร่างกาย นอกจากนี้ยังมีการศึกษาเกี่ยวกับการใช้ 2-Thiouracil ในงานวิจัยด้านชีวโมเลกุล เช่น การปรับเปลี่ยนคุณสมบัติของกรดนิวคลีอิกเพื่อใช้ในระบบชีววิทยาโมเลกุล และการพัฒนาเซนเซอร์ชีวภาพ เนื่องจากมีความสามารถในการจับกับโปรตีนหรือกรดนิวคลีอิกได้ดี