4-Chlorobutanal ใช้เป็นสารตั้งต้นในการสังเคราะห์สารอินทรีย์ โดยเฉพาะในการผลิตยาและสารเคมีเกษตร มีบทบาทเป็นโครงสร้างพื้นฐานสำหรับสารประกอบเฮเทโรไซคลิก เนื่องจากมีลักษณะสองหน้าที่ (bifunctional) ที่มีทั้งหมู่อัลดีไฮด์และหมู่คลอโร ซึ่งช่วยให้เกิดปฏิกิริยาต่อเนื่องหรือเลือกเฉพาะได้ มักใช้ในการสังเคราะห์ไพรโรลิดีนและวงแหวนที่มีไนโตรเจนอื่นๆ ผ่านปฏิกิริยาการสร้างวงจากอะมีน นอกจากนี้ยังใช้ในการเตรียมโพลิเมอร์พิเศษและเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในห้องปฏิบัติการวิจัยสำหรับพัฒนาโมเลกุลชีวภาพที่ใช้งานได้ ความตอบสนองของมันช่วยให้ขยายโซ่และแปลงหมู่ฟังก์ชันได้ง่าย ทำให้มีคุณค่าในเส้นทางสังเคราะห์หลายขั้นตอน