Phenylthiohydantoin-isoleucine ใช้หลักในการวิเคราะห์ลำดับโปรตีนและกรดอะมิโน โดยทำหน้าที่เป็นอนุพันธ์ในกระบวนการ Edman degradation ซึ่งเป็นวิธีการสำหรับกำหนดลำดับกรดอะมิโนในเปปไทด์และโปรตีน โดยการแปลง isoleucine ให้เป็นสารประกอบที่เสถียรนี้ นักวิจัยสามารถระบุและวิเคราะห์ตำแหน่งของกรดอะมิโนในโซ่โปรตีนได้อย่างแม่นยำ การประยุกต์ใช้นี้มีความสำคัญในชีวเคมีและชีววิทยาโมเลกุลสำหรับการทำความเข้าใจโครงสร้างและหน้าที่ของโปรตีน ช่วยในการศึกษาโรค พัฒนายา และการวิจัยทางพันธุกรรม นอกจากนี้ ยังใช้ในกระบวนการควบคุมคุณภาพสำหรับเปปไทด์สังเคราะห์เพื่อยืนยันลำดับที่ถูกต้อง