1 生理学研究 大鼠在生理学研究中以多用途行为特征。大鼠垂体—肾上腺系统发达，垂体摘除比较容易。可用来进行肾上腺、垂体和卵巢等内分泌研究。利用大鼠对新环境易适应，有探索性，易训练，对惩罚和暗示敏感的特性进行行为学研究和高级神经活动的研究。大鼠无胆囊，但胆总管较大，可用胆总管插管，收集胆汁，研究消化功能。
2 营养学研究 大鼠是第一种用于营养学研究的实验动物，为人类营养研究做出了突出贡献，维生素D就是用大鼠研究而发现的。由于大鼠杂食，解剖、生理与人相似，生长代谢快，对大鼠的营养研究广泛而细致，资料极为丰富，常用于维生素、蛋白质缺乏，氨基酸和钙磷代谢的研究
3 代谢性疾病研究 可应用大鼠研究动脉粥样硬化，淀粉样变性、酒精中毒，十二指肠溃疡，营养不良等代谢病
4 药物学研究 大鼠血压和血管阻力对药物反应敏感，适合研究心血管药物的药理。研究毒扁豆碱的升压作用。此外，大鼠足趾浮肿法是最常用的筛选方法，大鼠踝关节对炎症反应敏感，用于关节炎药物研究。大鼠还是进行药物评价的主要实验动物。
5 肿瘤研究 很多肿瘤可以移植到大鼠上进行研究，大鼠易患肝癌，可人工复制大鼠肝癌、食管癌动物模型。可皮下接种淋巴肉瘤。
6 遗传学研究 大鼠的毛色变型很多，可用来研究毛色记忆遗传，验证孟德尔遗传定律。由遗传疾病的大鼠，具有与人相似的表现。脑积水、听觉障碍、耳聋、白内障、垂体矮小症、无牙、无胆汁、丘脑下部尿崩症、肥胖与高血压等都是遗传疾病的良好动物模型，还可制成相似于人的实验诱发性遗传缺陷疾病动物模型。
7 传染病研究 用于研究副伤寒、流感、厌氧菌、假结核、霉型体、巴氏杆菌、葡萄球菌、念珠状链杆菌、黄曲霉菌和烟曲霉菌等微生物及其引起的传染病。
8 某些疾病研究 如支气管肺炎、多发性关节炎、化脓性淋巴腺炎、中耳疾病和内耳炎。大鼠肝切除60%至70%，仍有再生能力，可用于肝外科实验。
9 牙科学研究 用变异链球菌接种大鼠口腔，然后喂给含蔗糖食物，大鼠牙齿上的确琅质蛀损在宏观和微观上同人的蛀齿相似，可用来研究龋齿。
10 大鼠还可用于计划生育的畸胎学、避孕药研究和放射学研究。