Левулиновата киселина е органично съединение с молекулна формула C5H8O3. Той е лесно разтворим във вода и някои органични разтворители, но неразтворим в бензин, керосин, терпентин и въглероден тетрахлорид. Почти не се разлага при атмосферна дестилация, но губи вода и образува ненаситен -лактон при продължително нагряване.
Левулиновата киселина е многофункционално съединение, съдържащо едновременно карбонилни, -водородни и карбоксилни групи. Това е основната суровина за синтезиране на различни леки химически продукти. Има широка гама от употребителни стойности в органичния синтез, промишлеността, селското стопанство и медицината. Хидрогенираният продукт на левулинова киселина, -валеролактон, е висококачествен разтворител и може да се използва като междинен продукт за получаване на синтетичен каучук, студоустойчиви пластификатори и повърхностноактивни вещества. Хлоролевулиновата киселина може да се използва като антибактериално средство за промишлена циркулираща вода. В селското стопанство аминовата сол на хлоролевулиновата киселина може да се използва като хербицид и обезлистващо средство. В медицината противовъзпалителни лекарства и интравенозни инжекции могат да се приготвят от левулинова киселина чрез използване на нишесте, глюкоза и целулозни суровини чрез дълбока хидролиза. Обикновено се нагрява в присъствието на солна киселина (или сярна киселина) или други катализатори на хидролиза, за да се генерира 5-хидроксиметилфурфурал, след което се разлага от 5-хидроксиметилфурфурал, за да се получи левулинова киселина, филтрува се и се концентрира и след това се вакуумира дестилиран или екстрахиран за получаване на крайния продукт
Може да се използва като реакция на карбоксилна киселина или кетонна реакция. Чрез естерификация, халогениране, хидрогениране, окислително дехидрогениране, кондензация и други химични реакции могат да бъдат получени различни продукти. Например, може да се използва като пластмасов модификатор, разтворител, лекарство, промишлени химикали, аромат, пестициден междинен продукт, междинен продукт за органичен синтез, полимерна добавка, лубрикантна добавка, повърхностноактивно вещество, печатарско мастило, гумена добавка, козметична добавка (включително шампоан, тоалетни принадлежности) и т.н.