3,5-Dimethylisoxazole-4-carbonyl chloride ใช้เป็นสารตั้งต้นในการสังเคราะห์สารประกอบทางเคมีต่าง ๆ โดยเฉพาะในอุตสาหกรรมเภสัชกรรม เพื่อผลิตยาหรือสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพ เนื่องจากโครงสร้างของมันมีกลุ่มฟังก์ชันที่สามารถทำปฏิกิริยาได้ดี เช่น กลุ่ม carbonyl chloride ซึ่งช่วยให้เกิดการเชื่อมต่อกับโมเลกุลอื่นได้ง่าย นอกจากนี้ ยังอาจใช้ในการวิจัยและพัฒนายาใหม่ ๆ เพื่อศึกษาคุณสมบัติทางเคมีและชีวภาพของสารประกอบเป้าหมาย