展示在噬菌體表面的隨機肽庫可應用于許多方面，包括繪制抗原表位圖譜、研究蛋白質-蛋白質相互作用和鑒定非肽配體的肽模擬型。生物活性肽分子的鑒定可以通過對固定在平板上的純化受體進行淘選，也可以在完整細胞上進行淘選。蛋白酶底物的鑒定可通過在隨機肽區域的上游加一段親和tag，然后選用特異性的介質來區分切割和未切割的噬菌體。另外大的蛋白質分子如：抗體、激素、蛋白酶抑制劑、酶和結合蛋白也可展示在噬菌體上，通過對隨機突變文庫的噬菌體篩選，分離出各種具有親和力或特異性改變的變異株。