Comme le nocodazole affecte le cytosquelette, il est souvent utilisé dans les expériences de biologie cellulaire comme témoin : par exemple, certaines petites GTPases Rho négatives dominantes provoquent un effet similaire à celui du nocodazole, et les mutants à activation constitutive inversent ou annulent souvent l’effet.

Le nocodazole est fréquemment utilisé dans les laboratoires de biologie cellulaire pour synchroniser le cycle de division cellulaire. Les cellules traitées par le nocodazole s’arrêtent avec un contenu en ADN en phase G2 ou M lorsqu’elles sont analysées par cytométrie de flux. La microscopie des cellules traitées au nocodazole montre qu’elles entrent en mitose mais ne peuvent pas former de fuseaux en métaphase car les microtubules (dont sont constitués les fuseaux) ne peuvent pas se polymériser. L’absence de fixation des microtubules aux kinétochores active le point de contrôle de l’assemblage du fuseau, entraînant l’arrêt de la cellule en prométaphase. Pour les expériences de synchronisation cellulaire, le nocodazole est généralement utilisé à une concentration de 40-100 ng/mL de milieu de culture pendant une durée de 12-18 heures. L’arrêt prolongé des cellules en mitose dû au traitement par le nocodazole entraîne généralement la mort cellulaire par apoptose.

Une autre application standard du nocodazole en biologie cellulaire consiste à induire la formation de ministacks de Golgi dans les cellules eucaryotes. L’organisation structurelle périnucléaire de l’appareil de Golgi chez les eucaryotes dépend du trafic des microtubules, mais la perturbation du trafic des éléments de Golgi à partir du traitement du réticulum endoplasmique par le nocodazole (33 μM pendant 3 heures) induit la formation de nombreux éléments de Golgi adjacents aux sites de sortie du RE. Ces ministacks de Golgi fonctionnels restent distribués dans la cellule, incapables de se diriger vers l’avant pour former un Golgi périnucléaire puisque le nocodazole a dépolymérisé les microtubules.

Aussi utilisé avec la protéine Mad2p comme médicament anti-microtubules.