O-(4-Nitrophenyl)hydroxylamine ใช้หลักในการสังเคราะห์อินทรีย์เป็นสารกลางสำหรับการเตรียมสารประกอบเคมีต่างๆ มีบทบาทสำคัญในการพัฒนายา โดยเฉพาะในการสังเคราะห์ส่วนประกอบยาสำคัญ (APIs) ที่ต้องการโครงสร้างไนโตรอะโรมาติกเฉพาะ นอกจากนี้ ยังใช้ในการผลิตสีย้อมและเม็ดสี ซึ่งกลุ่มไนโตรช่วยในการเกิดสีและความเสถียร ในงานวิจัย ทำหน้าที่เป็นตัวเร่งสำหรับศึกษากลไกปฏิกิริยา โดยเฉพาะที่เกี่ยวข้องกับสารประกอบไนโตรอะโรมาติกและอนุพันธ์ไฮดรอกซิลามีน การประยุกต์ใช้ยังขยายไปสู่ศาสตร์วัสดุศาสตร์ ซึ่งใช้ในการปรับเปลี่ยนโพลิเมอร์และพื้นผิวเพื่อนำเข้าชนิดฟังก์ชันสำหรับปฏิกิริยาเคมีต่อไป