Trong hoá hữu cơ natri bisulfit có khá nhiều ứng dụng. Nó ghép gốc bisulfit với nhóm anđêhit và với các xeton mạch vòng tạo thành axit sulfonic.[1]

Phản ứng này hạn chế giá trị nhân tạo nhưng lại được dùng trong quá trình tinh chế. Các anđêhit bẩn cùng với gốc bisulfit kết tủa được lọc đi. Phản ứng nghịch xảy ra khi có sự hiện diện của bazơ như natri bicacbonat hay natri hiđrôxit và gốc bisulfit được giải phóng dưới dạng khí SO2.[2]

Ví dụ cho quá trình trên được mô tả cho benzanđêhit,[3] tetralone,[4] citral,[5] etyl este của axit piruvic[6] và glyoxal.[7] Trong phản ứng mở vòng giữaxiclôhexanon với diazald, phản ứng bisulfit được tuyên bố là có thể phân biệt được xiclôheptanon với xiclôoctanon.[8]

Một ứng dụng chính nữa của natri bisulfit là một chất khử yếu trong tổng hợp hữu cơ đặc biệt trong quá trình tinh chế. Nó có thể khử lượng dư hoặc đủ clo, brôm, iốt, muối hypoclorit, este của osmat, crôm trioxit (CrO3) và kali permanganat (thuốc tím).

Ứng dụng thứ ba của natri bisulfit là chất tẩy màu trong quá trình tinh chế bởi vì nó có thể khử những chất oxi hoá màu mạnh, các anken liên hợp và các hợp chất cacbonyl.

Natri bisulfit còn là nguyên liệu chính trong phản ứng Bucherer. Trong phản ứng này các nhóm hiđroxyl thơm được thay thế bằng các nhóm amin thơm và ngược lại vì đây là phản ứng thuận nghịch. Bước đầu tiên của phản ứng là phản ứng cộng của natri bisulfit tạo thành các liên kết đôi thơm.