ใช้เป็นสารเคมีหลักในกระบวนการสังเคราะห์อินทรีย์ โดยเฉพาะในการเตรียมสารประกอบที่มีไนโตรเจน เช่น อะมีนและเฮเตอร์โซไซเคิล ทำหน้าที่เป็นกลุ่มปกป้องสำหรับสารประกอบคาร์บอนิล เนื่องจากสามารถสร้างอนุพันธ์ออกซิมที่เสถียรได้ นอกจากนี้ยังถูกนำมาใช้ในการสังเคราะห์สารกลางทางเภสัชกรรม ซึ่งกลุ่มเบนซิลของมันสามารถถูกกำจัดออกได้ภายใต้สภาวะอ่อนโยน มีบทบาทในการพัฒนาสารเคมีเกษตรและโมเลกุลชีวภาพที่มีกิจกรรม โดยให้ปฏิกิริยาที่เลือกเฉพาะในปฏิกิริยาหลายขั้นตอน หน้าที่ของไฮดรอกซิลามีนทำให้มีประโยชน์ในปฏิกิริยาระดับและเป็นนิวคลีโอไฟล์ในกระบวนการแทนที่