ลิเธียมเทอร์ต-บูทอกไซด์ถูกใช้อย่างแพร่หลายเป็นเบสที่แข็งแรงในการสังเคราะห์สารอินทรีย์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในปฏิกิริยาการดิโปรโทเนชัน (deprotonation) ซึ่งมีประสิทธิภาพสูงในการสร้างคาร์บาไนออนจากสารประกอบที่เป็นกรดอ่อน ทำให้มีคุณค่าต่อการก่อตัวพันธะคาร์บอน-คาร์บอน สารเคมีนี้ถูกนำมาใช้อย่างทั่วไปในการสังเคราะห์โมเลกุลอินทรีย์ที่ซับซ้อน รวมถึงยาและเคมีภัณฑ์ละเอียด นอกจากนี้ ยังทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาหรือตัวเรย์เอเจนต์ในกระบวนการพอลิเมอร์ไรเซชันต่างๆ เพื่อช่วยในการผลิตพอลิเมอร์เฉพาะทาง ลักษณะที่ถูกขัดขวางทางสเตอริก (sterically hindered) ยังทำให้มีประโยชน์ในการเลือกปฏิกิริยาที่เบสขนาดเล็กกว่าอาจนำไปสู่ผลิตภัณฑ์ข้างที่ไม่ต้องการ