โพแทสเซียมเทอร์ต-บิวทอกไซด์เป็นสารเคมีที่ใช้อย่างแพร่หลายในปฏิกิริยาอินทรีย์สังเคราะห์ โดยเฉพาะในกระบวนการกำจัดโปรตอน (deprotonation) เพื่อสร้างคาร์บาเนียน (carbanion) ซึ่งเป็นขั้นตอนสำคัญในการสังเคราะห์สารประกอบอินทรีย์ต่างๆ มักใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในปฏิกิริยาการกำจัด (elimination reaction) เช่น การสร้างอัลคีนจากอัลคิลเฮไลด์ นอกจากนี้ยังใช้ในปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยนหมู่ฟังก์ชัน (transesterification) และการสังเคราะห์สารประกอบที่มีโครงสร้างซับซ้อน เช่น ยาและสารเคมีทางการเกษตร เนื่องจากมีความเป็นเบสสูงและละลายได้ดีในตัวทำละลายอินทรีย์ ทำให้เป็นตัวเลือกที่นิยมในห้องปฏิบัติการและอุตสาหกรรมเคมี