N-Methylhydroxylamine hydrochloride ใช้ในการสังเคราะห์อินทรีย์เป็นรีเอเจนต์สำหรับการเตรียมออกซิมจากสารประกอบคาร์บอนิล นอกจากนี้ยังใช้ในการปรับเปลี่ยนโปรตีนและเปปไทด์ เพื่อช่วยในการศึกษากลไกโครงสร้างและการทำงานของโปรตีน นอกจากนี้ยังทำหน้าที่เป็นสารรีดิวซ์ในปฏิกิริยาเคมีบางชนิด โดยเฉพาะการรีดิวซ์สารไนโตรเป็นไฮดรอกซิลามีน บทบาทของมันในการสังเคราะห์เภสัชภัณฑ์และสารเคมีเกษตรมีนัยสำคัญ โดยมีส่วนช่วยในการพัฒนาส่วนผสมออกฤทธิ์ต่าง ๆ