1. Síntese orgânica e indústria farmacêutica
Como um importante intermediário farmacêutico, ele é usado para sintetizar moléculas de medicamentos quirais mais complexas.

2. Resolução quiral
Utilizando suas propriedades quirais, ele é usado como agente de resolução para separar enantiômeros em misturas racêmicas, especialmente para a resolução de bases.

3. Química analítica
Como reagente analítico, ele é usado para analisar bases e álcoois por meio da formação de ésteres.

4. Síntese estereosseletiva
Usado para reações de α-alquilação estereosseletivas via dioxolano para construir moléculas com estereoconfigurações específicas.

5. Estudos de bioatividade potencial

Observação: os dados a seguir são derivados principalmente de estudos de sua forma racêmica (ácido DL-mandélico) ou de derivados relacionados, e podem servir como referência para possíveis aplicações do ácido D-mandélico.

- Atividade antibacteriana: O ácido DL-mandélico foi estudado para infecções do trato urinário e tricomoníase.

- Anti-inflamatório e antioxidante: Os derivados relacionados demonstraram atividade inibitória contra a ciclooxigenase (COX), atividade anti-inflamatória e atividade antioxidante em estudos.