N-Methyl-L-proline monohydrate ใช้หลักในการวิจัยทางเภสัชกรรม โดยทำหน้าที่เป็นบล็อกก่อสร้างแบบ chiral สำหรับการสังเคราะห์โมเลกุลที่ซับซ้อน โดยเฉพาะในการพัฒนายาที่มุ่งเป้าไปยังโรคทางระบบประสาท โครงสร้างของมันมีประโยชน์ในการสร้าง peptidomimetics ซึ่งเลียนแบบเปปไทด์เพื่อเพิ่มความเสถียรและ bioavailability ของยา นอกจากนี้ยังใช้ในการสังเคราะห์แบบ asymmetric เพื่อผลิตสารประกอบที่บริสุทธิ์แบบ enantiomer ซึ่งสำคัญต่อประสิทธิภาพและความปลอดภัยของยารักษา