ลิเทียมดิวเทอไรด์ถูกใช้เป็นสารตั้งต้นในการผลิตไฮโดรเจนดิวเทอเรียม (Deuterium) ซึ่งเป็นไอโซโทปของไฮโดรเจนที่มีประโยชน์ในหลายด้าน โดยเฉพาะในด้านพลังงานนิวเคลียร์ เนื่องจากดิวเทอเรียมสามารถใช้เป็นเชื้อเพลิงในปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน ซึ่งเป็นกระบวนการที่ให้พลังงานสูงและมีศักยภาพในการเป็นแหล่งพลังงานสะอาดในอนาคต นอกจากนี้ ลิเทียมดิวเทอไรด์ยังถูกนำไปใช้ในการวิจัยทางวิทยาศาสตร์และทางทหาร โดยเฉพาะในโครงการที่เกี่ยวข้องกับการพัฒนาอาวุธนิวเคลียร์และเทคโนโลยีพลังงานขั้นสูง