เมลาโทนิน-d4 ใช้เป็นสารมาตรฐานในการวิเคราะห์ทางเคมีและชีวภาพ โดยเฉพาะในการศึกษาประสิทธิภาพและกระบวนการเมแทบอลิซึมของเมลาโทนินในร่างกาย มักถูกนำมาใช้ในงานวิจัยทางเภสัชวิทยาเพื่อติดตามและวัดปริมาณเมลาโทนินในตัวอย่างทางชีวภาพ เช่น เลือดหรือปัสสาวะ ด้วยเทคนิคการวิเคราะห์ขั้นสูง เช่น LC-MS/MS (Liquid Chromatography-Tandem Mass Spectrometry) ซึ่งช่วยให้ได้ผลลัพธ์ที่แม่นยำและเชื่อถือได้ นอกจากนี้ยังใช้ในการศึกษาการกระจายตัวและการกำจัดของเมลาโทนินในร่างกาย เพื่อพัฒนายาหรือผลิตภัณฑ์เสริมอาหารที่มีประสิทธิภาพและปลอดภัยมากขึ้น