อะซิทิลโคลีน-d16 โบรไมด์ถูกใช้หลัก ๆ ในงานวิจัยเป็นอนุภาคอะนาล็อกที่ติดฉลากไอโซโทปเสถียรของอะซิทิลโคลีน โดยทำหน้าที่เป็นเครื่องมือที่มีคุณค่าในการศึกษาทางประสาทเคมี ช่วยในการติดตามและวัดปริมาณอะซิทิลโคลีนในระบบชีวภาพผ่านเทคนิคการวิเคราะห์ขั้นสูง เช่น สเปกโตรเมตรีมวล สารนี้มีประโยชน์โดยเฉพาะในการศึกษาฟาร์มาโคไคเนติกและฟาร์มาโคไดนามิก ช่วยให้นักวิจัยเข้าใจการเมแทบอลิซึม การกระจาย และพลวัตของอะซิทิลโคลีนในร่างกาย นอกจากนี้ ยังช่วยในการสำรวจเส้นทางสัญญาณโคลิเนอร์จิก การโต้ตอบของตัวรับ และบทบาทของอะซิทิลโคลีนในความผิดปกติทางระบบประสาท เช่น โรคอัลไซเมอร์และไมแอสทีเนียกราวิส โครงสร้างเดยูเทอเรตของมันช่วยให้มีการแทรกแซงกระบวนการชีวภาพน้อยที่สุด ทำให้เป็นตัวติดตามที่เชื่อถือได้ในการศึกษาทดลอง