(R)-4-Methylpyrrolidin-2-one ถูกนำมาใช้ในการสังเคราะห์สารประกอบเภสัชกรรมต่างๆ โดยเฉพาะยาที่มุ่งเป้าไปยังความผิดปกติทางระบบประสาท มันทำหน้าที่เป็นสารตั้งต้นสำคัญในการผลิตโมเลกุลคีรอล ซึ่งจำเป็นสำหรับการพัฒนายาที่มีความจำเพาะสูงและมีประสิทธิภาพ สารประกอบนี้ยังถูกนำมาใช้ในการสร้างตัวแทน nootropic ซึ่งช่วยเสริมสร้างหน้าที่ทางความรู้ความเข้าใจ เช่น ความจำและสมาธิ นอกจากนี้ ยังมีการประยุกต์ใช้ในการเตรียมลิแกนด์สำหรับการเร่งปฏิกิริยาแบบอะซิมเมตริก ซึ่งช่วยในการผลิตสารที่มีเอนานติโอเมอร์บริสุทธิ์ บทบาทของมันในการสังเคราะห์อินทรีย์ยังขยายไปสู่การพัฒนา agrochemicals และ fine chemicals โดยใช้คุณสมบัติ chiral เพื่อบรรลุกิจกรรมทางชีวภาพที่ต้องการ