Levulinska kiselina je organski spoj molekulske formule C5H8O3. Lako je topiv u vodi i nekim organskim otapalima, ali netopljiv u benzinu, kerozinu, terpentinu i ugljikovom tetrakloridu. Atmosferskom destilacijom se gotovo ne razgrađuje, ali dugotrajnim zagrijavanjem gubi vodu i stvara nezasićeni -lakton.
Levulinska kiselina je multifunkcionalni spoj koji istodobno sadrži karbonilne, -vodikove i karboksilne skupine. Osnovna je sirovina za sintezu raznih lakih kemijskih proizvoda. Ima širok raspon uporabne vrijednosti u organskoj sintezi, industriji, poljoprivredi i medicini. Hidrogenirani produkt levulinske kiseline, -valerolakton, visoko je otapalo i može se koristiti kao međuproizvod za pripremu sintetičke gume, plastifikatora otpornih na hladnoću i površinski aktivnih tvari. Klorolevulinska kiselina može se koristiti kao antibakterijsko sredstvo za industrijsku cirkulirajuću vodu. U poljoprivredi se aminska sol klorolevulinske kiseline može koristiti kao herbicid i defolijant. U medicini, protuupalni lijekovi i intravenozne injekcije mogu se pripremiti od levulinske kiseline korištenjem sirovina škroba, glukoze i celuloze dubokom hidrolizom. Obično se zagrijava u prisutnosti klorovodične kiseline (ili sumporne kiseline) ili drugih katalizatora hidrolize kako bi se stvorio 5-hidroksimetilfurfural, zatim se razgrađuje pomoću 5-hidroksimetilfurfurala da bi se dobila levulinska kiselina, filtrira i koncentrira, a zatim se vakuumira destiliran ili ekstrahiran kako bi se dobio gotov proizvod
Može se koristiti kao reakcija karboksilne kiseline ili ketonska reakcija. Esterifikacijom, halogenacijom, hidrogenacijom, oksidativnom dehidrogenacijom, kondenzacijom i drugim kemijskim reakcijama mogu se dobiti različiti proizvodi. Na primjer, može se koristiti kao modifikator plastike, otapalo, lijek, industrijske kemikalije, miris, intermedijer pesticida, intermedijer organske sinteze, polimerni aditiv, aditiv maziva, površinski aktivna tvar, tinta za tiskanje, aditiv za gumu, kozmetički aditiv (uključujući šampon, toaletne potrepštine) itd.