O-Phenethylhydroxylamine hydrochloride ใช้หลัก ๆ ในกระบวนการสังเคราะห์อินทรีย์ โดยทำหน้าที่เป็นสารเคมีหลักในการเตรียมยาและโมเลกุลที่มีฤทธิ์ทางชีวภาพต่างๆ มีคุณค่าอย่างยิ่งในการสังเคราะห์อนุพันธ์ N-alkylated hydroxylamine ซึ่งเป็นสารกลางในการผลิตยาที่มุ่งเป้าไปยังโรคทางระบบประสาท นอกจากนี้ยังถูกนำมาใช้ในการพัฒนา chiral ligands สำหรับ asymmetric catalysis ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของปฏิกิริยาที่เลือกสรร stereoselectivity ได้ บทบาทของมันในการปรับเปลี่ยนเปปไทด์และโปรตีนก็สำคัญเช่นกัน โดยช่วยในการศึกษากลไกทางชีวเคมีและการค้นพบยา