Eine wichtige Anwendung von n-Butylchlorid ist die Herstellung von n-Butyllithium (meist einfach n-BuLi genannt), das bei einer Vielzahl von Anwendungen sehr gefragt ist. Die Synthese verläuft analog zur Herstellung klassischer Grignard-Verbindungen, indem 1-Chlorbutan mit metallischem Lithium (in Form von Chips oder als Pulver) unter Wasserausschluss in Diethylether umgesetzt wird.

Butyllithium wiederum ist in der modernen organischen Synthesechemie als starke Base und Lithiierungsreagenz von großer Bedeutung. In der Kunststoffindustrie wird es als Reagenz bei der Herstellung von Naturkautschuk aus Isopren eingesetzt: Bei der anionischen Kettenpolymerisation löst es die Reaktion zu Styrol-Isopren-Styrol-Blockcopolymeren aus, die für Autoreifen, Schuhsohlen oder Dichtungen verwendet werden.

Weitere Einsatzgebiete von Butyllithium finden sich in der Agrarchemie und Spezialchemie. In der Pharmazie ist n-BuLi ein wichtiger Bestandteil für die Synthese von Arzneimitteln zur Behandlung von Herzerkrankungen (Cholesterin, Bluthochdruck), Fettleibigkeit und anderen.

Aufgrund seiner guten Lösungseigenschaften ist 1-Chlorbutan auch ein häufiges Lösungs- und Extraktionsmittel. Es wird auch in der Hochleistungsflüssigkeitschromatographie und Spektrophotometrie eingesetzt.

n-Butylchlorid kann auch als Alkylierungsreagenz zur Einführung einer Butylgruppe in organischen Synthesen (zum Beispiel für ionische Flüssigkeiten) sowie für einige Ester und Weichmacher, für Pestizide oder Tenside verwendet werden. Die Veterinärmedizin kennt 1-Chlorbutan als Wirkstoff gegen Würmer.

Darüber hinaus wird 1-Chlorbutan als Zwischenprodukt zur Herstellung zinnorganischer Verbindungen benötigt.

1-Chlorbutan wird in Stahlfässern mit Polyethylenauskleidung geliefert. In der verschlossenen Originalverpackung ist es unbegrenzt haltbar.