4-Borono-dl-phenylalanine ถูกนำมาใช้เป็นหลักในการวิจัยทางการแพทย์ โดยเฉพาะในการพัฒนาการบำบัดด้วยโบรอนและนิวตรอน (BNCT) สำหรับการรักษาโรคมะเร็ง โดยเฉพาะมะเร็งสมอง เนื่องจากสามารถผ่านกำแพงเลือดและสมอง (blood-brain barrier) ได้ดี ทำให้ส่งอะตอมโบรอนไปยังเซลล์มะเร็งในสมองได้อย่างมีประสิทธิภาพ ในฐานะตัวพาโบรอน เมื่อได้รับรังสีนิวตรอน อะตอมโบรอนจะเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ สร้างอนุภาคอัลฟาที่ทำลายเซลล์มะเร็งโดยลดความเสียหายต่อเนื้อเยื่อสุขภาพโดยรอบ นอกจากนี้ยังใช้ในการสังเคราะห์ยาเภสัชภัณฑ์ต่าง ๆ เป็นส่วนประกอบพื้นฐานในการวิจัยเคมีอินทรีย์ และในการศึกษากลไกการดูดซึมและการกระจายตัวของยาในร่างกาย โดยเฉพาะในระบบประสาทส่วนกลาง คุณสมบัติพิเศษทำให้มีคุณค่าในการบำบัดมะเร็งแบบกำหนดเป้าหมายและการพัฒนายาขั้นสูง