3-Hydroxycyclobutyl pivalate ใช้ในการสังเคราะห์สารประกอบทางเภสัชกรรม โดยเฉพาะในการพัฒนาโปรดรักเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการส่งยาและการดูดซึมทางชีวภาพ (bioavailability) มันทำหน้าที่เป็นสารกลางสำคัญในการสังเคราะห์อินทรีย์ มักนำมาใช้ในการสร้างโมเลกุลซับซ้อนสำหรับการวิจัยเคมียารักษา นอกจากนี้ ยังถูกนำไปใช้ในการศึกษาอนุพันธ์ไซโคลบิวเทน ซึ่งมีความสำคัญในการพัฒนายาใหม่ การประยุกต์ใช้ยังขยายไปสู่สาขาวิทยาศาสตร์วัสดุ โดยมีส่วนช่วยในการออกแบบโพลิเมอร์และสารเคลือบขั้นสูงที่มีคุณสมบัติเฉพาะ