4-arm-PEG-COOH ถูกใช้เป็นสารตั้งต้นสำคัญในงานวิจัยและอุตสาหกรรมทางชีวการแพทย์ โดยเฉพาะในการสร้างวัสดุที่สามารถย่อยสลายได้ เช่น ไฮโดรเจล ซึ่งใช้ในระบบส่งยาอย่างมีประสิทธิภาพ เพราะสามารถควบคุมการปลดปล่อยสารออกฤทธิ์ได้ตามต้องการ นอกจากนี้ยังนิยมใช้ในการดัดแปลงพื้นผิวของวัสดุชีวภาพเพื่อลดการตอบสนองจากภูมิคุ้มกัน และเพิ่มความเข้ากันได้ทางชีวภาพ (biocompatibility)

ในงานวิจัยด้านโปรตีนหรือเปปไทด์ การใช้ 4-arm-PEG-COOH ช่วยเพิ่มความคงตัวของโมเลกุลชีวภาพ โดยการต่อพันธะกับหมู่ฟังก์ชันที่เหมาะสม ทำให้ลดการสลายตัวในกระแสเลือดและยืดเวลาครึ่งชีวิตของสารนั้น หมู่คาร์บอกซิล (carboxyl groups) ช่วยให้สามารถกระตุ้นและจับคู่กับโมเลกุลที่มีหมู่อะมีนได้ง่าย ทำให้มีคุณค่าในการพัฒนาการทดสอบวินิจฉัย (diagnostic assays) และเซ็นเซอร์ชีวภาพ (biosensor development)

สารนี้ยังเหมาะสำหรับการสร้างโครงสร้างพอลิเมอร์ข้ามพันธะ (cross-linked polymers) ที่ใช้ในเนื้อเยื่อเทียมหรือการซ่อมแซมเนื้อเยื่อ เนื่องจากมีโครงสร้างแขน 4 ด้าน ทำให้สามารถเชื่อมโยงโมเลกุลอื่นได้หลายจุดในเวลาเดียวกัน ช่วยเพิ่มความแข็งแรงและเสถียรภาพของโครงสร้างที่สร้างขึ้น