เดียวเทอเรียมคลอไรด์ถูกใช้อย่างแพร่หลายในสเปกโทรสโกปีนิวเคลียร์แมกเนติกเรโซแนนซ์ (NMR) ในฐานะตัวทำละลายสำหรับการวิเคราะห์สารประกอบอินทรีย์ อะตอมเดียวเทอเรียมของมันไม่รบกวนสัญญาณ NMR ทำให้เหมาะสมสำหรับการศึกษาโครงสร้างโมเลกุล นอกจากนี้ยังใช้ในการผลิตสารประกอบเดียวเทอเรต ซึ่งจำเป็นสำหรับการวิจัยที่เกี่ยวข้องกับการติดฉลากไอโซโทปเพื่อติดตามปฏิกิริยาเคมีและเส้นทาง นอกจากนี้ เดียวเทอเรียมคลอไรด์ยังมีบทบาทในการสังเคราะห์สารเคมีพิเศษและเภสัชภัณฑ์ที่ต้องการการแทนที่ด้วยเดียวเทอเรียมเพื่อเพิ่มความเสถียรหรือศึกษากระบวนการเมแทบอลิซึม