正丁酸是一種重要的合成香料以及其他精細化工產品的原料，主要用于丁酸酯類和纖維素丁酸酯的合成。丁酸酯類各具不同的水果香味，在香精、食品添加劑、醫藥等領域有廣泛的應用。纖維素丁酸酯類具有杰出的耐熱、耐光和抗濕性，同時具有很好的成型和穩定性，是優良的涂料和模塑。
在藥劑制造中用作矯味劑；丁酸的鈣鹽在冷水中比在熱水中的溶解度大，故還可用作成鹽劑，以增加藥物的溶解度。還可用于γ-氨基丁酸等醫藥中間體的制備。
