(S)-3-Hydroxyisobutyric acid ถูกใช้หลักๆ ในสาขาชีวเคมีและการวิจัยทางเมแทบอลิซึม โดยทำหน้าที่เป็นสารกลางสำคัญในเส้นทางเมแทบอลิซึมของวาลีน ซึ่งมีบทบาทสำคัญในการศึกษาความผิดปกติทางเมแทบอลิซึมที่เกี่ยวข้องกับการสลายตัวของกรดอะมิโน นักวิจัยใช้สารนี้เพื่อทำความเข้าใจและวินิจฉัยภาวะเช่น 3-hydroxyisobutyric aciduria ซึ่งเป็นความผิดปกติทางเมแทบอลิซึมที่พบได้ยาก

ในอุตสาหกรรมเภสัชกรรม สารนี้ถูกสำรวจเพื่อศักยภาพในการพัฒนายา โดยเฉพาะในการออกแบบตัวยับยั้งหรือตัวปรับเปลี่ยนเอนไซม์ทางเมแทบอลิซึม คุณสมบัติแบบ chiral ของสารนี้ยังมีคุณค่าในการสังเคราะห์ยาที่มีฤทธิ์ทางแสงบริสุทธิ์ ซึ่งช่วยในการผลิตยาที่บริสุทธิ์ทางเอนานติโอเมอร์

นอกจากนี้ (S)-3-Hydroxyisobutyric acid ยังถูกใช้ในการพัฒนาโพลิเมอร์และวัสดุที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพ การนำสารนี้เข้าไปในโซ่โพลิเมอร์สามารถเพิ่มความสามารถในการย่อยสลายทางชีวภาพและความยั่งยืนของวัสดุเหล่านี้ ทำให้เกี่ยวข้องกับการประยุกต์ใช้ในเคมีสิ่งแวดล้อมและเคมีสีเขียว