ثايمين هو مكون نيتروجيني أساسي في الحمض النووي DNA. وهو أحد القواعد النووية الأربعة في الحمض النووي إلى جانب الأدينين والجوانين والسيتوزين. يستخدم ثايمين في دراسة العمليات الكيميائية التي تؤثر على بنية الحمض النووي، مثل منتجات الجذور الحرة الناتجة عن الإشعاع والتي تؤدي إلى تفاعلات الربط المتقاطع بين القواعد وتفاعلات الاشتقاق. كما يستخدم لدراسة معلمات الطاقة والروابط الهيدروجينية الحركية مع القواعد النووية الأخرى مثل الأدينين. في الصناعة الدوائية، يعتبر ثايمين وسيطاً رئيسياً في تصنيع أدوية الإيدز مثل AZT وDDT، وكذلك في تصنيع الأدوية المضادة للأورام والفيروسات مثل β-ثيميدين.