สารละลาย n-Butyllithium ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายเป็นฐานที่แรงและนิวคลีโอไฟล์ที่มีประสิทธิภาพในการสังเคราะห์สารอินทรีย์ มักใช้ในการเริ่มต้นปฏิกิริยาโพลิเมอไรเซชันแบบอะนionic โดยเฉพาะในการผลิตยางสังเคราะห์ เช่น styrene-butadiene rubber (SBR) และโพลีบิวทาไดอีน รวมถึงโพลีสไตรีน ในอุตสาหกรรมเภสัชกรรมและเคมีภัณฑ์ละเอียด ใช้ในการดิพรอตอนของสารประกอบที่เป็นกรดอ่อนและการสร้างพันธะคาร์บอน-คาร์บอน เช่น ในการสังเคราะห์โมเลกุลอินทรีย์ที่ซับซ้อน นอกจากนี้ยังมีบทบาทสำคัญในการเตรียมตัวกลางออร์กาโนลิเธียม ซึ่งจำเป็นในกระบวนการแปลงสารเคมีต่างๆ ความตอบสนองของมันทำให้มีคุณค่าในการพัฒนาวัสดุใหม่และส่วนประกอบยาสำคัญ (APIs) เนื่องจากมีความไวสูงต่ออากาศและความชื้น จึงต้องจัดการในบรรยากาศเฉื่อยที่ควบคุมอย่างเคร่งครัด