尿素是一种高浓度氮肥，属中性肥料，也可用于生产多种复合肥料。在土壤中不残留任何有害物质，长期施用没有不良影响。畜牧业可用作反刍动物的饲料。但在造粒中温度过高会产生少量缩二脲，又称双缩脲，对作物有抑制作用。我国规定肥料用尿素缩二脲含量应小于0.5%。缩二脲含量超过1%时，不能做种肥，苗肥和叶面肥，其他施用期的尿素含量也不宜过多或过于集中。
尿素是有机态氮肥，经过土壤中的脲酶作用，水解成碳酸铵或碳酸氢铵后，才能被作物吸收利用。因此，尿素要在作物的需肥期前4～8天施用。
尿素适用于一切作物和所有土壤，可用作基肥和追肥，旱水田均能施用。由于尿素在土壤中转化可积累大量的铵离子，会导致pH升高2-3个单位，再加上尿素本身含有一定数量的缩二脲，其浓度在500ppm时，便会对作物幼根和幼芽起抑制作用，因此尿素不宜用作种肥。
根据《国家发展改革委关于缓释肥料等执行农用化肥铁路优惠运价政策的通知》（发改价格〔2021〕1285号），尿素被列入《实行铁路优惠运价的农用化肥品种目录》，实施铁路货运优惠。
工业上还用作制造脲醛树酯、聚氨酯、三聚氰胺-甲醛树脂的原料,尿素加热至200℃时生成固态的三聚氯酸(即氰尿酸)。三聚氰酸的衍生物三氯异氰尿酸、二氯异氰酸钠、异氰尿酸三(2-羟乙酯)、异氰尿酸三(烯丙基)酯、三(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)异氰酸酯、异三聚氰酸三缩水甘油醚、氰尿酸三聚氰胺络合物等有许多重要应用。前两者是新型消毒、漂白剂，三氯异氰尿酸全世界总所产能力超过8万t。
选择性催化还原(SCR)排气后处理是通过尿素在燃烧排气中热解反应产生的氨，来与汽车尾气中的氮氧化物（NOx）进行选择性催化还原反应的一种技术，是降低燃烧锅炉和柴油发动机等燃烧废气中的有害物质NOx的关键而主流的技术。SCR系统是满足现代汽车严格排放法规例如欧Ⅳ/欧V/ 欧VI（国IV/国V/国VI）法规的系统。车用尿素在欧洲叫AdBlue（添蓝液），在美国叫DEF（柴油机排气处理液）。
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