L-Phenylalanine hydrazide ถูกใช้หลักในการวิจัยทางชีวเคมีในฐานะสารเคมีสำหรับการสังเคราะห์สารประกอบต่างๆ โดยทำหน้าที่เป็นส่วนประกอบพื้นฐานในการเตรียมเปปไทด์และโมเลกุลที่กระตุ้นทางชีวภาพอื่นๆ ในการศึกษาทางเภสัชกรรม มันถูกนำมาใช้ในการพัฒนาผู้สมัครยาที่มีศักยภาพ โดยเฉพาะในสาขาของตัวยับยั้งเอนไซม์และตัวปรับตัวรับ นอกจากนี้ ยังมีการประยุกต์ใช้ในการศึกษากลไกทางเมแทบอลิซึมและการตรวจสอบอนุพันธ์ของกรดอะมิโน กลุ่มไฮดราไซด์ของมันทำให้เป็นสารกลางที่มีคุณค่าในการสังเคราะห์อินทรีย์ ซึ่งช่วยให้สามารถสร้างไฮดราซอนและอนุพันธ์อื่นๆ สำหรับการแปลงทางเคมีเพิ่มเติม