主要應用于聚乳酸材料的加工制造以及手性藥物和農藥中間體的合成。
1、手性化合物
高光學純度D-乳酸(97%以上)作為一個手性中心是多種手性物質的前體，是重要的手性中間體與有機合成原料，廣泛應用于制藥、高效低毒農藥及除草劑、化妝品等領域的手性合成。例如，日本タィセル化學工業公司利用D-乳酸制造優良除草劑驃馬(Puma Super)。德國 Hoeehst公司也開發了以D-乳酸為原料的新型高效除草劑威霸(Whip Super)。德國BASF公司以D-乳酸異丙酯為原料生產除草劑Duplosan，并已大規模投放市場。此外，鈣拮抗劑降壓藥、皮考啉酸衍生物以及二甲四氯丙酸、氟系除草劑等也以高光學純度D-乳酸作為原料。
2、化學工業
以D-乳酸為原料的乳酸酯類在香料、合成樹脂涂料、膠粘劑及印刷油墨等生產中應用廣泛，在石油管道和電子工業的清洗等方面也有應用。其中，D-乳酸甲酯能與水及多種極性溶劑均勻混合，能充分溶解硝化纖維素、醋酸纖維素、乙酰丁酸纖維素等以及多種極性合成高分子聚合物，同時具有熔點高、蒸發速度慢的優點，是一種優秀的高沸點溶劑,可作為混合溶劑的成分改善作業性和增溶性，此外，還可用作醫藥、農藥的原料和其它手性化合物合成的前體、中間體。
3、降解性材料
乳酸是生物塑料聚乳酸(polylactide, PLA)的原料。聚乳酸材料的物理性質依賴于D,L兩種異構體的組成和含量。由消旋型D, L-乳酸合成的消旋體D, L-聚乳酸(PDLLA)為無定型結構，其機械性能較差，降解時間較短，且在體內會發生收縮，收縮率達50%以上，應用受到局限。L-聚乳酸(PLLA)和D-聚乳酸(PDLA)的鏈段排列規整，結晶度、機械強度和熔點等都遠超過PDLLA。