Đồ thị hai phía thường được dùng để mô hình các bài toán ghép cặp (matching problem), quan hệ hôn nhân giữa tập những người đàn ông và tập những người đàn bà, sinh viên chọn trường, thầy giáo chon tiết dạy trong thời khóa biểu v.v...[5]
Một ví dụ bài toán phân công công việc. Giả sử ta có một nhóm người P và một tập công việc J, trong đó không phải ai cũng hợp với mọi công việc. Ta có thể mô hình bài toán bằng một đồ thị với tập đỉnh là P + J. Nếu người p i {\displaystyle p_{i}} có thể làm công việc j i {\displaystyle j_{i}} , đồ thị sẽ có một cạnh nối giữa p i {\displaystyle p_{i}} và j i {\displaystyle j_{i}} . Định lý hôn nhân cung cấp một đặc điểm của đồ thị hai phía: tồn tại cặp ghép hoàn hảo (perfect matching).
Đồ thị hai phía được sử dụng trong lý thuyết mã hóa (coding theory) hiện đại, đặc biệt khi giải mã các codeword nhận được từ kênh. Đồ thị nhân tử (factor graph) và đồ thị Tanner là các ví dụ.[10]
Đồ thị Levi là một dạng của đồ thị hai phía sử dụng để mô hình tỷ lệ mắc giữa điểm và đường trong một cấu hình.[11]
