4-Azidobenzaldehyde มักใช้ในงานวิจัยด้านเคมีอินทรีย์และชีววิทยา โดยเฉพาะในปฏิกิริยา "คลิกเคมี" (Click Chemistry) ซึ่งเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพสูงในการสร้างสารประกอบใหม่ โดยเฉพาะการจับคู่ระหว่างอะไซด์กับอัลไคน์ผ่านปฏิกิริยา Huisgen cycloaddition ที่เร่งด้วยทองแดง ทำให้ได้สาร triazole ที่มีความเสถียร

สารนี้นิยมใช้ในการติดฉลากโมเลกุลชีวภาพ เช่น โปรตีน หรือกรดนิวคลีอิก โดยการเชื่อมต่อผ่านหมู่ฟังก์ชันอัลดีไฮด์หรือหมู่อะไซด์ ช่วยให้สามารถติดตามหรือแยกสารเป้าหมายได้ง่ายในระบบชีวภาพ

นอกจากนี้ยังใช้ในการสังเคราะห์ยาและวัสดุฟังก์ชัน เช่น โพลิเมอร์ที่มีคุณสมบัติพิเศษ หรือสารประกอบที่ออกแบบมาเพื่อการแพทย์ เช่น ยาที่ปลดปล่อยอย่างมีเป้าหมาย โดยอาศัยคุณสมบัติของหมู่อะไซด์ที่สามารถตอบสนองต่อแสงหรือสภาวะเฉพาะได้ นอกจากนี้ ยังนำไปใช้ใน photoaffinity labeling เพื่อศึกษาการโต้ตอบทางชีวภาพ โดยแสง UV กระตุ้นให้เกิด nitrene จากหมู่อะไซด์สำหรับการจับคู่แบบโคเวเลนต์กับโมเลกุลเป้าหมาย และใช้ในการเตรียมโพรบเรืองแสงและเซ็นเซอร์โดยรวมหมู่อัลดีไฮด์เข้าในระบบคอนจูเกตขนาดใหญ่