ดิวเทอเรียมคลอไรด์ถูกใช้อย่างแพร่หลายในสเปกโทรสโกปีนิวเคลียร์แมกเนติกเรโซแนนซ์ (NMR) เป็นตัวทำละลายสำหรับวิเคราะห์สารประกอบอินทรีย์ อะตอมดิวเทอเรียมของมันไม่รบกวนสัญญาณ NMR ทำให้เหมาะสมสำหรับการศึกษากโครงสร้างโมเลกุล นอกจากนี้ยังใช้ในการผลิตสารประกอบที่มีดิวเทอเรียม ซึ่งจำเป็นสำหรับการวิจัยที่เกี่ยวข้องกับการติดฉลากไอโซโทปเพื่อติดตามปฏิกิริยาเคมีและเส้นทางเมแทบอลิซึม นอกจากนี้ยังมีบทบาทในการสังเคราะห์สารเคมีพิเศษและยาเสพติดที่การแทนที่ด้วยดิวเทอเรียมสามารถเพิ่มความเสถียรหรือเปลี่ยนแปลงกิจกรรมทางชีวภาพ ในสาขาฟิสิกส์ ถูกใช้ในงานทดลองที่เกี่ยวข้องกับการกระเจิงนิวตรอนและการศึกษาผลกระทบควอนตัมเนื่องจากคุณสมบัตินิวเคลียร์ที่เป็นเอกลักษณ์