L'àcid levulínic és un compost orgànic amb la fórmula molecular C5H8O3. És fàcilment soluble en aigua i alguns dissolvents orgànics, però insoluble en gasolina, querosè, trementina i tetraclorur de carboni. Gairebé no es descompon per destil·lació atmosfèrica, però perd aigua i forma -lactona insaturada per escalfament a llarg termini.
L'àcid levulinic és un compost multifuncional que conté grups carbonil, hidrogen i carboxil alhora. És la matèria primera bàsica per sintetitzar diversos productes químics lleugers. Té una àmplia gamma de valors d'ús en síntesi orgànica, indústria, agricultura i medicina. El producte hidrogenat de l'àcid levulinic, -valerolactona, és un dissolvent d'alt grau i es pot utilitzar com a producte intermedi per a la preparació de cautxú sintètic, plastificants i tensioactius resistents al fred. L'àcid clorolevulínic es pot utilitzar com a agent antibacterià per a l'aigua de circulació industrial. En agricultura, la sal amina de l'àcid clorolevulínic es pot utilitzar com a herbicida i defoliant. En medicina, es poden preparar fàrmacs antiinflamatoris i injeccions intravenoses a partir d'àcid levulínic mitjançant matèries primeres de midó, glucosa i cel·lulosa mitjançant una hidròlisi profunda. Normalment, s'escalfa en presència d'àcid clorhídric (o àcid sulfúric) o d'altres catalitzadors d'hidròlisi per generar 5-hidroximetilfurfural, després es descompon per 5-hidroximetilfurfural per obtenir àcid levulinic, filtrat i concentrat, i després buit destil·lat o extret per obtenir el producte acabat
Es pot utilitzar com a reacció d'àcid carboxílic o com a reacció de cetona. Mitjançant l'esterificació, l'halogenació, la hidrogenació, la deshidrogenació oxidativa, la condensació i altres reaccions químiques, es poden obtenir una varietat de productes. Per exemple, es pot utilitzar com a modificador de plàstic, dissolvent, medicament, productes químics industrials, fragància, pesticida intermedi, intermedi de síntesi orgànica, additiu de polímer, additiu lubricant, tensioactiu, tinta d'impressió, additiu de cautxú, additiu cosmètic (incloent xampú, articles de tocador) , etc.