2,4-Dibromobutanoic acid ถูกใช้หลักในการสังเคราะห์อินทรีย์เป็นส่วนประกอบพื้นฐานสำหรับสารประกอบเคมีที่ซับซ้อนมากขึ้น มันทำหน้าที่เป็นสารกลางในการผลิตเภสัชภัณฑ์ โดยสามารถนำไปใช้ในการสร้างส่วนประกอบยาสำคัญ (APIs) ที่มีคุณสมบัติบำบัดเฉพาะ นอกจากนี้ ยังมีการประยุกต์ใช้ในการสังเคราะห์สารเคมีเกษตร ช่วยในการพัฒนายาฆ่าหญ้า ยาฆ่าแมลง และสารป้องกันพืชอื่นๆ อะตอมโบรมีนของมันทำให้เป็นสารเคมีที่มีค่ามากในการทำปฏิกิริยา halogenation ซึ่งช่วยในการนำโบรมีนเข้าไปในโมเลกุลอินทรีย์เพื่อการปรับแต่งเพิ่มเติม สารประกอบนี้ยังถูกใช้ในห้องปฏิบัติการวิจัยสำหรับการศึกษากลไกปฏิกิริยาและการพัฒนาวิธีการสังเคราะห์ใหม่ๆ