Neodyyminitraattia käytetään laajalti kemian alalla, koska sillä on ainutlaatuiset kemialliset ominaisuudet ja se voi osallistua erilaisiin kemiallisiin reaktioihin katalyyttinä tai katalyyttien esiasteena. Orgaanisessa synteesissä se voi katalysoida monimutkaisia reaktioita, kuten olefiinien polymeroitumista, osallistua aktiivisten keskusten muodostumiseen ja auttaa olefiinimolekyylejä polymeroitumaan tehokkaasti muodostaen suurimolekyylisiä polymeerejä. Näitä polymeerejä käytetään laajasti materiaalien, kuten muovin ja kumin, valmistuksessa. Samaan aikaan ympäristönsuojelun kannalta sitä voidaan käyttää katalysoimaan haitallisten aineiden, kuten hiilimonoksidin ja typen oksidien, hapettavaa hajoamista jätekaasussa, muuntaen ne vaarattomaksi hiilidioksidiksi ja typeksi, mikä auttaa vähentämään ilman saastumista. Juuri sen eri kemiallisissa prosesseissa olevien roolien vuoksi sillä on suhteellisen laaja valikoima sovelluksia kemian alalla.