Hydroksylaminhydroklorid brukes i organisk syntese for fremstilling av oksimer og hydroksaminsyrer fra karboksylsyrer, N- og O-substituerte hydroksyaminer, og addisjonsreaksjoner av karbon-karbon dobbeltbinding.

Under acetylbromidmetoden for å ekstrahere lignin fra lignocellulosebiomasse, Hydroksylaminhydroklorid kan brukes til å fjerne brom og polybromid fra løsningen.

I overflatebehandlinger brukes den til fremstilling av antiskinningsmidler, korrosjonshemmere og renere tilsetningsstoffer. Det er også et utgangsmateriale for farmasøytisk og landbrukskjemisk produksjon. 

I gummi- og plastindustrien er det en antioksidant, vulkaniseringsakselerator og radikal rensemiddel.

Det brukes også som et fiksativ for tekstilfargestoffer, som hjelpemiddel i noen fargeprosesser, som et metallekstraksjons- og flytehjelpemiddel, som en antioksidant i fettsyrer og såper, og som fargestabilisator og emulsjonstilsetningsstoff i fargefilmer.