Pyrimidine-2-carbothioamide มีการใช้งานหลักในด้านเคมียารักษาโรค โดยทำหน้าที่เป็นสารกลางสำคัญในการสังเคราะห์สารประกอบที่มีฤทธิ์ทางชีวภาพต่างๆ มีประโยชน์อย่างยิ่งในการพัฒนายาต้านไวรัสและยาต้านมะเร็ง เนื่องจากมีความคล้ายคลึงทางโครงสร้างกับไพรีมีดีน ซึ่งเป็นส่วนประกอบพื้นฐานของกรดนิวคลีอิก นักวิจัยใช้สารนี้ในการออกแบบและสังเคราะห์อนุพันธ์ที่สามารถยับยั้งเอนไซม์หรือรบกวนการจำลอง DNA/RNA ในพยาธิหรือเซลล์มะเร็ง นอกจากนี้ ยังถูกนำไปใช้ในการเตรียมยาพื้นฐานจากไทโออัมไอด์ ซึ่งมีศักยภาพในการรักษาโรค เช่น วัณโรค ความหลากหลายของสารนี้ยังขยายไปถึงการวิจัยทางเกษตรเคมี โดยมีส่วนช่วยในการสร้างยาฆ่าแมลงและสารกำจัดวัชพืชใหม่ๆ