2-Phenylquinoxaline ถูกใช้เป็นสารตั้งต้นสำคัญในสังเคราะห์สารประกอบเชิงซ้อนที่มีคุณสมบัติเรืองแสง ซึ่งเหมาะสำหรับการผลิตวัสดุอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เช่น ไดโอดเปล่งแสงอินทรีย์ (OLED) นอกจากนี้ยังมีการนำไปใช้ในงานวิจัยด้านฟอโตเคมีและโฟโตคาทาเลซิส เนื่องจากมีความสามารถในการดูดซับแสงในช่วงคลื่นที่เฉพาะเจาะจง และสามารถถ่ายโอนพลังงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ สารนี้ยังถูกพัฒนาเป็นโครงสร้างหลักในสารประกอบที่มีฤทธิ์ทางชีวภาพ เช่น สารต้านจุลชีพและสารต้านมะเร็ง โดยเฉพาะในงานออกแบบยาที่ต้องการโมเลกุลที่มีโครงสร้างแข็งแรงและเสถียรภายใต้สภาวะต่าง ๆ