叔丁基鋰主要用作鋰化試劑、鹵-鋰交換試劑、環(huán)化試劑和強(qiáng)堿等，以制備多種類型的有機(jī)化合物。例如：

（1）通過鹵素一金屬交換反應(yīng)叔丁基鋰可用于制備其它有機(jī)鏗化合物，如芳基鏗、三烷基氫化硼銼、乙烯基銼、a一鏗烷基苯硫醚、β一鏗代烯胺等。實驗室用作聚合引發(fā)劑和金屬化劑等。叔丁基鋰相比正丁基鋰和異丁基鋰而言，具有更強(qiáng)的堿性和金屬化活性以及更弱的親核性，因此能夠用于質(zhì)子酸性更弱的烴類底物的脫質(zhì)子鋰化反應(yīng)。通常，簡單烷烴對于叔丁基鋰仍然能保持惰性，但是對于含雜原子的溶劑如THF則會與叔丁基鋰發(fā)生反應(yīng)。當(dāng)?shù)孜锸呛s原子如氧、氮、硫的化合物時，使用叔丁基鋰作脫質(zhì)子試劑能夠獲得很高的區(qū)域選擇性。如乙烯基醚或環(huán)醚與叔丁基鋰反應(yīng)是一種簡單制備α-鋰化乙烯基醚的方法。
（2）叔丁基鋰與其它烷基鋰試劑類似，叔丁基鋰對含雜原子取代基的芳烴化合物的鋰化反應(yīng)同樣具有鄰位鋰化效應(yīng)。在鋰鹵交換反應(yīng)中，叔丁基鋰由于其較弱的親核性，因而相比正丁基鋰和異丁基鋰具有更大的優(yōu)勢。其中，鋰-碘交換反應(yīng)進(jìn)行得最為完全、有效，如先在低溫下與6-碘-1-己烯作用發(fā)生鋰-碘交換，然后升溫發(fā)生高立體選擇性和區(qū)域選擇性的5-外環(huán)化反應(yīng)，進(jìn)而被親電試劑進(jìn)攻得到官能化產(chǎn)物 (式4)[4]。類似的異構(gòu)反應(yīng)也可以用來制備多環(huán)化合物。