Цитозин является базовым компонентом нуклеиновых кислот и содержится в дезоксирибонуклеиновой кислоте (ДНК) и рибонуклеиновой кислоте (РНК). В двухцепочечной спиральной нити ДНК цитозин на одной из нитей может образовывать пару с гуанином на другой нити, образуя три водородные связи между молекулами, тем самым поддерживая стабильность структуры двойной спирали ДНК. Кроме того, цитозин и цитозиновые нуклеотиды, также используются в качестве препаратов для синтеза лейкоцитов. Из цитозина синтезируются клинически используемые противовирусные препараты, такие как анти-ВИЧ и анти-вирус гепатита В, ламивудин, а также противораковые препараты, гемцитабин и энантат, и широко используемый 5-фторцитозин, среди прочих.