(R)-(-)-α-Hydroxy-γ-butyrolactone มีการนำไปใช้อย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมเภสัชกรรมในฐานะบล็อกก่อสร้างคิรัลสำหรับการสังเคราะห์ยาต่างๆ สารนี้ทำหน้าที่เป็นสารกลางสำคัญในการผลิตยาที่มุ่งเป้าไปยังโรคทางระบบประสาท เช่น โรคพาร์กินสันและโรคลมชัก เนื่องจากความสามารถในการมีอิทธิพลต่อกิจกรรมของสารสื่อประสาท นอกจากนี้ ยังถูกนำมาใช้ในการพัฒนายาต้านไวรัสและยาต้านมะเร็ง โดยสเตอริโอเคมีของสารนี้มีบทบาทสำคัญในการเพิ่มประสิทธิภาพและความจำเพาะของยา

ในสาขาการสังเคราะห์อินทรีย์ สารนี้ถูกใช้เป็นสารตั้งต้นในการสร้างโมเลกุลซับซ้อนที่มีความบริสุทธิ์ทางเอนานติโอเมอร์สูง ซึ่งจำเป็นสำหรับการผลิตสารประกอบที่มีกิจกรรมทางชีวภาพตามที่ต้องการ การประยุกต์ใช้ยังขยายไปสู่อุตสาหกรรมเกษตรเคมี โดยใช้ในการกำหนดสูตรยาฆ่าแมลงและสารกำจัดวัชพืช ซึ่งช่วยปรับปรุงการป้องกันพืชและผลผลิต