3,3-Dimethyl-1,3-dihydroquinoline-2,4-dione ถูกนำมาใช้หลักๆ ในการสังเคราะห์สารประกอบอินทรีย์ โดยทำหน้าที่เป็นสารกลางสำคัญในการผลิตสีย้อมและเม็ดสี ซึ่งช่วยให้สีสันสดใสและคงทนในสิ่งทอและหมึกพิมพ์ นอกจากนี้ยังใช้ในการพัฒนายา โดยเฉพาะในการสร้างสารประกอบที่มีศักยภาพต้านการอักเสบและต้านจุลินทรีย์ เพิ่มเติม มีการประยุกต์ใช้ในเคมีเกษตร โดยใช้ในการปรุงสูตรยาฆ่าแมลงและวัชยากรเพื่อเสริมการป้องกันพืช บทบาทในเคมีโพลิเมอร์รวมถึงการทำหน้าที่เป็นสารกันบูดหรือสารเติมแต่งเพื่อปรับปรุงความทนทานและประสิทธิภาพของวัสดุพลาสติกบางชนิด นอกจากนี้ยังมีการศึกษาวิจัยเพื่อนำไปใช้ในด้านวัสดุศาสตร์ เช่น การพัฒนาวัสดุที่มีคุณสมบัติพิเศษทางแสงหรืออิเล็กทรอนิกส์