เพนทิลแมกนีเซียมบราไมด์ใช้อย่างแพร่หลายในการสังเคราะห์อินทรีย์ในฐานะสารลองวิส Grignard มีคุณค่าอย่างยิ่งในการสร้างพันธะคาร์บอน-คาร์บอน ทำให้สามารถสร้างโมเลกุลอินทรีย์ที่ซับซ้อนมากขึ้น สารนี้มักใช้ในการเตรียมแอลกอฮอล์โดยการทำปฏิกิริยากับสารประกอบคาร์บอนิล เช่น อัลดีไฮด์และคีโตน นอกจากนี้ ยังใช้ในการสังเคราะห์ไฮโดรคาร์บอนและสารประกอบออร์กาโนเมทัลลิกอื่นๆ การประยุกต์ใช้ขยายไปยังอุตสาหกรรมเภสัชกรรมและเกษตรเคมี ซึ่งช่วยในการผลิตสารกลางสำหรับส่วนผสมที่ใช้งานได้ สารนี้ยังถูกใช้ในห้องปฏิบัติการวิจัยสำหรับพัฒนาเส้นทางสังเคราะห์ใหม่และศึกษากลไกปฏิกิริยา