ใช้หลักๆ ในกระบวนการสังเคราะห์เคมีเฉพาะทาง โพแทสเซียมเดยูเทอร็อกไซด์ทำหน้าที่เป็นแหล่งดิวเทอเรียมในการเตรียมสารประกอบเดยูเทอเรต มีคุณค่าอย่างยิ่งในสาขาสเปกโทรสโกปีนิวเคลียร์แมกเนติกเรโซนานซ์ (NMR) ซึ่งตัวทำละลายและสารเคมีเดยูเทอเรตจำเป็นสำหรับการวิเคราะห์ที่แม่นยำ นอกจากนี้ยังมีบทบาทในงานวิจัยที่เกี่ยวข้องกับการติดฉลากไอโซโทป ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ติดตามเส้นทางเคมีและศึกษากลไกปฏิกิริยา ในอุตสาหกรรมเภสัชกรรม ช่วยในการพัฒนายาเดยูเทอเรต ซึ่งสามารถแสดงความเสถียรทางเมแทบอลิซึมและประสิทธิภาพที่ดียิ่งขึ้น การประยุกต์ใช้ขยายไปถึงการผลิตน้ำเดยูเทอเรียม (D2O) และวัสดุที่อุดมด้วยดิวเทอเรียมอื่นๆ ซึ่งสำคัญในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์และการทดลองทางวิทยาศาสตร์บางอย่าง