Natri nitrat được dùng trong phạm vi rộng như là một loại phân bón và nguyên liệu thô cho quá trình sản xuất thuốc súng vào cuối thế kỷ 19. Nó có thể kết hợp với sắt hiđroxit để tạo nhựa thông.

Natri nitrat không nên bị lầm lẫn với hợp chất liên quan, natri nitrit.

Nó có thể dùng trong sản xuất axit nitric khi phản ứng với axit sunfuric rồi tách axit nitric ra thông qua quá trình chưng cất phân đoạn, còn lại là bã natri hydrosunfat. Những người săn vàng dùng natri nitrat để điều chế nước cường toan có thể hoà tan vàng và các kim loại quý khác.

Ứng dụng ít gặp hơn là một chất oxi hoá thay thế trong pháo hoa như là một sự thay thế kali nitrat chủ yếu có trong thuốc nổ đen và như một thành phần cấu tạo trong túi lạnh.[4]

Natri nitrat còn được dùng chung với kali nitrat cho việc bảo quản nhiệt, và gần đây, cho việc chuyển đổi nhiệt trong các tháp năng lượng mặt trời.

Ngoài ra nó còn dùng trong công nghiệp nước thải cho sự hô hấp tuỳ ý của vi sinh vật. Nitrosomonas, một loài vi sinh vật, hấp thụ nitrat thay vì oxi, làm cho loài này có thể phát triển tốt trong nước thải cần xử lý.