2-Acetylbutyrolactone-3,3,4,4-d4 ถูกใช้ในการสังเคราะห์สารประกอบเดยูเทอเรตสำหรับวัตถุประสงค์ทางวิจัย โดยเฉพาะในการศึกษากลไกทางเมแทบอลิซึมและการเมแทบอลิซึมของยา มันทำหน้าที่เป็นสารกลางที่มีฉลากในการสังเคราะห์อินทรีย์ ทำให้สามารถติดตามปฏิกิริยาเคมีและกลไกได้ ใช้ในสเปกโทรสโกปี NMR ในฐานะตัวทำละลายเดยูเทอเรตหรือสารอ้างอิงเพื่อเพิ่มความละเอียดของสเปกตรัม นอกจากนี้ยังใช้ในการพัฒนายาเพื่อตรวจสอบผลกระทบของไอโซโทปต่อประสิทธิภาพและความปลอดภัยของยา