N-Acetyl-D-Leucine ถูกใช้หลักๆ ในสาขาชีวเคมีและเภสัชกรรม โดยทำหน้าที่เป็นบล็อกก่อสร้างแบบ chiral ในการสังเคราะห์เปปไทด์และสารประกอบชีวภาพต่างๆ ซึ่งช่วยในการพัฒนายาที่มีข้อกำหนดทาง stereochemistry เฉพาะ สารประกอบนี้ยังถูกนำมาใช้ในงานวิจัยเพื่อศึกษากลไกการทำงานของเอนไซม์และปฏิกิริยาระหว่างโปรตีน โดยเฉพาะในกรณีที่ stereochemistry ของกรดอะมิโนมีบทบาทสำคัญ นอกจากนี้ ยังมีการประยุกต์ใช้ในการผลิตอาหารเสริมโภชนาการเฉพาะทางที่มุ่งสนับสนุนการฟื้นตัวของกล้ามเนื้อและสุขภาพเมแทบอลิซึม โครงสร้างที่เป็นเอกลักษณ์ทำให้สารนี้มีคุณค่าในการออกแบบโมเลกุลที่มีความเสถียรและกิจกรรมทางชีวภาพที่เพิ่มขึ้น