Cis-4-Hydroxy-D-proline hydrochloride ถูกใช้อย่างแพร่หลายในงานวิจัยทางชีวเคมี โดยเฉพาะในการศึกษาคอลลาเจนและโครงสร้างโปรตีน มันทำหน้าที่เป็นส่วนประกอบหลักในการสังเคราะห์เปปไทด์และกรดอะมิโนที่ถูกดัดแปลง ช่วยในการสำรวจการพับตัวของโปรตีนและความเสถียร สารประกอบนี้ยังถูกนำมาใช้ในการพัฒนายา โดยเฉพาะยาที่เล็งเป้าไปที่โรคที่เกี่ยวข้องกับคอลลาเจน นอกจากนี้ยังมีบทบาทในการผลิตตัวเร่งปฏิกิริยาคีรอลและการสังเคราะห์แบบอะซิมเมตริก ซึ่งมีส่วนช่วยในการพัฒนาเคมีอินทรีย์และการพัฒนายา การประยุกต์ใช้นี้ยังขยายไปสู่สาขาการวิศวกรรมเนื้อเยื่อ ซึ่งใช้ในการเลียนแบบโครงสร้างคล้ายคอลลาเจนสำหรับการพัฒนาวัสดุชีวภาพ