Levulinsyra är en organisk förening med molekylformeln C5H8O3. Det är lättlösligt i vatten och vissa organiska lösningsmedel, men olösligt i bensin, fotogen, terpentin och koltetraklorid. Den bryts nästan inte ned genom atmosfärisk destillation, men den förlorar vatten och bildar omättad lakton vid långvarig uppvärmning.
Levulinsyra är en multifunktionell förening som innehåller karbonyl-, -väte- och karboxylgrupper samtidigt. Det är det grundläggande råmaterialet för att syntetisera olika lätta kemiska produkter. Den har ett brett användningsvärde inom organisk syntes, industri, jordbruk och medicin. Den hydrerade produkten av levulinsyra, -valerolakton, är ett högkvalitativt lösningsmedel och kan användas som en mellanprodukt för framställning av syntetiskt gummi, köldbeständiga mjukgörare och ytaktiva ämnen. Klorolevulinsyra kan användas som ett antibakteriellt medel för industriellt cirkulerande vatten. Inom jordbruket kan aminsaltet av klorolevulinsyra användas som herbicid och avlövande medel. Inom medicin kan antiinflammatoriska läkemedel och intravenösa injektioner framställas av levulinsyra med stärkelse, glukos och cellulosaråvaror genom djup hydrolys. Vanligtvis värms den upp i närvaro av saltsyra (eller svavelsyra) eller andra hydrolyskatalysatorer för att generera 5-hydroximetylfurfural, sönderdelas sedan av 5-hydroximetylfurfural för att erhålla levulinsyra, filtreras och koncentreras, och vakuumsuger sedan destilleras eller extraheras för att erhålla den färdiga produkten
Det kan användas som en karboxylsyrareaktion eller en ketonreaktion. Genom förestring, halogenering, hydrering, oxidativ dehydrering, kondensation och andra kemiska reaktioner kan en mängd olika produkter erhållas. Till exempel kan den användas som plastmodifierare, lösningsmedel, medicin, industrikemikalier, doft, bekämpningsmedelsintermediär, organisk syntesmellanprodukt, polymertillsats, smörjmedelstillsats, ytaktivt medel, tryckfärg, gummitillsats, kosmetisk tillsats (inklusive schampo, toalettartiklar) , etc.