บาร์บิทูริกแอซิดใช้เป็นสารตั้งต้นหลักในการสังเคราะห์ยาบาร์บิทูเรต ซึ่งเป็นยาที่มีฤทธิ์กดระบบประสาทส่วนกลาง ยาเหล่านี้ใช้ในทางการแพทย์เป็นยาระงับประสาท ยานอนหลับ และยาชา แม้ว่าการใช้งานจะลดลงเนื่องจากความเสี่ยงต่อการเสพติดและการใช้เกินขนาด นอกจากนี้ สารอนุพันธ์ของบาร์บิทูริกแอซิดยังใช้ในการผลิตสีย้อมและเม็ดสีบางชนิด โดยเฉพาะในอุตสาหกรรมสิ่งทอ บาร์บิทูริกแอซิดยังมีการประยุกต์ใช้ในการวิจัยเคมีอินทรีย์เป็นโครงสร้างพื้นฐานสำหรับสารประกอบเฮเตอร์โรไซคลิกต่างๆ ซึ่งช่วยในการพัฒนายาใหม่ๆ และวัสดุ ในเคมีวิเคราะห์ มันบางครั้งใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับการตรวจจับสารเฉพาะเจาะจง