(S)-Methyl 5-thioxopyrrolidine-2-carboxylate ใช้หลักๆ ในงานวิจัยเภสัชกรรม โดยทำหน้าที่เป็นสารกลางสำคัญ (key intermediate) ในการสังเคราะห์โมเลกุลชีวภาพต่างๆ โครงสร้างของมันมีคุณค่าอย่างยิ่งในการพัฒนายับยั้งโปรติเอส (protease inhibitors) ซึ่งสำคัญในการรักษาโรคเช่น HIV และ hepatitis C นอกจากนี้ ยังใช้ในการสร้างสารประกอบ chiral เพื่อช่วยในการผลิตยาที่บริสุทธิ์แบบ enantiomer กลุ่ม thioamide ของสารยังมีประโยชน์ในการสังเคราะห์อินทรีย์ โดยเข้าร่วมในปฏิกิริยาการ cyclization และ coupling เพื่อสร้างโครงสร้าง heterocyclic ที่ซับซ้อน