1. Sintesi organica e industria farmaceutica
Come intermedio farmaceutico chiave, viene utilizzato per sintetizzare molecole di farmaci chirali più complesse.

2. Risoluzione chirale
Sfruttando le sue proprietà chirali, viene utilizzato come agente risolutore per separare gli enantiomeri nelle miscele racemiche, in particolare per la risoluzione delle basi.

3. Chimica analitica
Come reagente analitico, viene utilizzato per analizzare le basi e per analizzare gli alcoli formando esteri.

4. Sintesi stereoselettiva
Utilizzato per reazioni di α-alchilazione stereoselettiva tramite diossolano per costruire molecole con stereoconfigurazioni specifiche.

5. Studi sulla potenziale bioattività

Nota: i dati che seguono derivano principalmente da studi sulla sua forma racemica (acido DL-mandelico) o su derivati correlati e possono servire come riferimento per le potenziali applicazioni dell'acido D-mandelico.

- Attività antibatterica: L'acido DL-mandelico è stato studiato per le infezioni del tratto urinario e la tricomoniasi.

- Antinfiammatorio e antiossidante: I derivati correlati hanno mostrato negli studi attività inibitoria nei confronti della ciclossigenasi (COX), attività antinfiammatoria e attività antiossidante.