Chlorobenzene-d5 ใช้กันอย่างแพร่หลายเป็นตัวทำละลายเดยูเทอเรตในสเปกโทรสโกปีนิวเคลียร์แมกเนติกเรโซนานซ์ (NMR) อะตอมเดยูเทอเรียมให้สภาพแวดล้อมที่เสถียรและไม่รบกวนในการวิเคราะห์โครงสร้างและพลวัตของโมเลกุลอินทรีย์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งมีคุณค่าในการศึกษาที่เกี่ยวข้องกับสารประกอบอะโรมาติก ซึ่งช่วยกำจัดสัญญาณไฮโดรเจนพื้นหลัง เพื่อให้ข้อมูลสเปกตรัมที่ชัดเจนและแม่นยำ นอกจากนี้ ยังใช้เป็นสารมาตรฐานอ้างอิงในสเปกโทรเมตรีมวล (mass spectrometry) และเทคนิควิเคราะห์อื่นๆ ช่วยในการระบุและวัดปริมาณสารเคมีต่างๆ การประยุกต์ใช้ขยายไปยังการวิจัยในเภสัชกรรม การวิเคราะห์สิ่งแวดล้อม และวิทยาศาสตร์วัสดุ ที่ซึ่งการจำแนกโมเลกุลอย่างแม่นยำเป็นสิ่งจำเป็น