4-Bromo-L-phenylalanine ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในงานวิจัยทางชีวเคมี โดยเฉพาะในการศึกษากลไกการทำงานของเอนไซม์และปฏิกิริยาของโปรตีน ทำหน้าที่เป็นสารตั้งต้นในการสังเคราะห์สารประกอบที่มีฤทธิ์ทางชีวภาพต่างๆ รวมถึงเปปไทด์และโปรตีน ซึ่งสามารถนำไปรวมเพื่อตรวจสอบความสัมพันธ์ระหว่างโครงสร้างและการทำงาน สารนี้ยังถูกนำไปใช้ในการพัฒนาสารติดฉลากรังสีสำหรับการถ่ายภาพด้วยโพซิตรอนเอมิชชันโทโมกราฟี (PET) เพื่อช่วยในการแสดงภาพและวินิจฉัยโรค เช่น มะเร็ง นอกจากนี้ยังมีบทบาทในเคมีเภสัชกรรมสำหรับการออกแบบและปรับปรุงยาตัวสมุคร โดยเฉพาะที่มุ่งเป้าไปยังเส้นทางเมแทบอลิซึมหรือการยับยั้งเอนไซม์ คุณสมบัติที่เป็นเอกลักษณ์ทำให้มีคุณค่าต่อการสำรวจเมแทบอลิซึมของกรดอะมิโนและการพัฒนายาใหม่