อเดโนซีนถูกใช้อย่างแพร่หลายในทางการแพทย์ โดยเฉพาะในด้านหัวใจวิทยา เป็นยาหลักในการรักษาภาวะหัวใจเต้นเร็วเหนือห้องล่าง (supraventricular tachycardia: SVT) ซึ่งเป็นภาวะที่มีอัตราการเต้นของหัวใจผิดปกติเร็ว เมื่อให้ทางหลอดเลือดดำ อเดโนซีนจะช่วยชะลอการนำไฟฟ้าผ่านขั้วหัวใจ (atrioventricular: AV node) ชั่วคราว เพื่อช่วยให้หัวใจกลับมาเต้นเป็นจังหวะปกติ ผลกระทบของมันรวดเร็วและคงอยู่น้อย ทำให้เหมาะสำหรับการวินิจฉัยและรักษาในสถานการณ์เฉียบพลัน

นอกจากนี้ยังใช้ในการทดสอบความเครียดของหัวใจเพื่อประเมินการไหลเวียนเลือดไปยังหัวใจ โดยเฉพาะในผู้ป่วยที่ไม่สามารถออกกำลังกายได้ ในบริบทนี้ อเดโนซีนจะกระตุ้นการขยายหลอดเลือดหัวใจ (vasodilation) ที่ควบคุมได้ ซึ่งช่วยให้เทคนิคการถ่ายภาพ เช่น การสแกนการไหลเวียนของกล้ามเนื้อหัวใจ (myocardial perfusion scans) สามารถตรวจพบพื้นที่ที่มีการไหลเวียนเลือดลดลง

นอกเหนือจากการนำไปใช้ทางคลินิก อเดโนซีนมีบทบาทในการถ่ายโอนพลังงานเซลล์ในฐานะส่วนประกอบของ ATP และมีส่วนในเส้นทางสัญญาณที่ควบคุมการนอนหลับ การอักเสบ และความตึงตัวของหลอดเลือด (vascular tone) ในงานวิจัย อเดโนซีนถูกใช้เป็นส่วนประกอบพื้นฐานในการศึกษากรดนิวคลีอิก และในการพัฒนายาเภสัชภัณฑ์ที่มุ่งเป้าไปยังตัวรับเพอรีน (purinergic receptors)