Levulinska kiselina je organsko jedinjenje sa molekulskom formulom C5H8O3. Lako je rastvorljiv u vodi i nekim organskim rastvaračima, ali nerastvorljiv u benzinu, kerozinu, terpentinu i tetrahloridu ugljenika. Atmosferskom destilacijom gotovo da se ne razgrađuje, ali gubi vodu i dugotrajnim zagrijavanjem stvara nezasićeni -lakton.
Levulinska kiselina je multifunkcionalno jedinjenje koje istovremeno sadrži karbonilne, -vodikove i karboksilne grupe. Osnovna je sirovina za sintezu raznih lakih hemijskih proizvoda. Ima širok spektar upotrebne vrednosti u organskoj sintezi, industriji, poljoprivredi i medicini. Hidrogenizovani proizvod levulinske kiseline, -valerolakton, je rastvarač visokog kvaliteta i može se koristiti kao međuproizvod za pripremu sintetičke gume, hladno otpornih plastifikatora i surfaktanata. Klorolevulinska kiselina može se koristiti kao antibakterijski agens za industrijsku cirkulacijsku vodu. U poljoprivredi se aminska so hlorolevulinske kiseline može koristiti kao herbicid i defolijans. U medicini, protuupalni lijekovi i intravenske injekcije mogu se pripremiti od levulinske kiseline koristeći sirovine škroba, glukoze i celuloze kroz duboku hidrolizu. Obično se zagrijava u prisustvu hlorovodonične kiseline (ili sumporne kiseline) ili drugih katalizatora hidrolize da bi se dobio 5-hidroksimetilfurfural, zatim se razgrađuje pomoću 5-hidroksimetilfurfurala da se dobije levulinska kiselina, filtrira i koncentrira, a zatim vakuumira destilirano ili ekstrahirano da se dobije gotov proizvod
Može se koristiti kao reakcija karboksilne kiseline ili reakcija ketona. Esterifikacijom, halogenacijom, hidrogenacijom, oksidativnom dehidrogenacijom, kondenzacijom i drugim hemijskim reakcijama mogu se dobiti različiti proizvodi. Na primjer, može se koristiti kao modifikator plastike, otapalo, lijek, industrijske kemikalije, miris, pesticid intermedijer, intermedijer organske sinteze, aditiv polimera, aditiv za maziva, surfaktant, tiskarska boja, aditiv za gumu, kozmetički aditiv (uključujući šampon, toaletne potrepštine) , itd.