ไดอะเซทิลมอนอกซิมีใช้อย่างแพร่หลายในเคมีวิเคราะห์ในฐานะสารเคมีทดสอบสำหรับการตรวจสอบยูเรียและอนุพันธ์ของมัน โดยทำปฏิกิริยากับยูเรียในสภาวะกรดและความร้อนเพื่อสร้างคอมเพล็กซ์ที่มีสี ซึ่งสามารถวัดปริมาณได้ด้วยวิธีสเปกโตรโฟโตเมตรี ทำให้มีประโยชน์ในด้านการวินิจฉัยทางคลินิกสำหรับการประเมินการทำงานของไตและการตรวจสอบระดับยูเรียในเลือดและปัสสาวะ นอกจากนี้ ยังใช้ในการตรวจสอบไนไตรต์และไนเตรตในตัวอย่างน้ำและสิ่งแวดล้อม

ในชีวเคมี มันทำหน้าที่เป็นสารจับเชเลตสำหรับไอออนโลหะ โดยเฉพาะในงานศึกษาที่เกี่ยวข้องกับการยับยั้งเอนไซม์และปฏิกิริยาระหว่างไอออนโลหะ ความสามารถในการสร้างคอมเพล็กซ์ที่เสถียรกับโลหะทำให้มีประโยชน์ในการวิจัยที่มุ่งเน้นการทำความเข้าใจกระบวนการเอนไซม์ที่ขึ้นกับโลหะ

นอกจากนี้ ยังถูกนำมาใช้ในการสังเคราะห์อินทรีย์ในฐานะส่วนประกอบพื้นฐานสำหรับการเตรียมสารประกอบเฮเตอร์โรไซคลิกต่างๆ ความสามารถในการทำปฏิกิริยากับหมู่คาร์บอนิลและอะมีนช่วยอำนวยในการสร้างโครงสร้างโมเลกุลที่ซับซ้อน ซึ่งสำคัญต่อการพัฒนายาและสารเคมีเกษตร

ในการประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรม ไดอะเซทิลมอนอกซิมีถูกใช้ในการผลิตโพลิเมอร์และเรซินบางชนิด โดยทำหน้าที่เป็นสารเชื่อมขวางหรือสารคงสภาพ ซึ่งช่วยเพิ่มคุณสมบัติของวัสดุในผลิตภัณฑ์สุดท้าย