脱氧核苷酸为白细胞、血小板、 T淋巴细胞及 NK细胞的增殖提供脱氧核苷酸原料，刺激上述细胞的增殖及分化成熟，促进骨髓释放白细胞，提高白细胞水平，减少重度骨髓抑制发生率，提高免疫功能，减少感染的发生。另外脱氧核苷酸通过补充机体肝脏、肌肉等全身的脱氧核苷酸，防止CSF过度动员骨髓造成的脱氧核苷酸转移到骨髓而引起的全身性的脱氧核苷酸原料缺乏，从而降低CSF所致的血液系统不良反应及肝脏功能不良反应。[2]
脱氧核苷酸具有促进细胞成长，增强细胞活力的功能，以及改变机体代谢的作用。[3]
脱氧核苷三磷酸还是PCR技术的物质基础 。
在二磷酸核苷（NDP，N代表A、G、U、C、T等碱基）水平上直接还原，即以氢取代其核糖分子中C-2的羟基而成的，催化此反应的酶是核糖核苷酸还原酶（ribonucleotide re-ductase，RR）。[4]
首先，dUDP转换为dUMP，有几条途径：一条是在核苷单磷酸激酶催化下，dUDP与ADP反应生成dUMP和ATP；另一条途径是dUDP先形成dUTP，然后水解生成dUMP和PPi。dCMP经脱氨也可以形成dUMP。然后，dTMP是由dUMP的C-5甲基化而形成的。催化此反应的酶是胸腺嘧啶核苷酸合酶（thymidylate synthase）。[4]
DNA合成的底物为4种dNTP，一磷酸或二磷酸脱氧核苷可由激酶的催化和ATP供能而形成三磷酸脱氧核苷。[4]
双脱氧核苷酸末端终止法也称 Sanger法，是常用的方法进行核酸序列分析。其原理是利用四种2’,3‘双脱氧核苷三磷酸（ddNTP）代替部分脱氧核苷三磷酸（dNTP）[6] 作底物参与DNA的合成。 ddNTP与普通dNTP的不同之处在于其脱氧核糖的3′位置缺少一个羟基。 ddNTP可以在DNA聚合酶作用下通过其5′三磷酸基团掺入到正在合成的DNA链中，但由于没有3’′羟基，它们不能同后续的dNTP形成磷酸二酯键。因此，只要双脱氧碱基掺入链端，该链就停止延长。反应结束时每管反应体系中便合成以共同引物为5′端，以双脱氧碱基为3'端的一系列长度不等的核酸片段。经聚丙烯酰胺凝胶电泳分离这些长短不一的核酸片段（长度相邻者仅差一个碱基），根据片段3’端的双脱氧碱基，便可依次阅读合成片段的碱基排列顺序。[5]