4-Nitro-L-phenylalanine monohydrate ใช้หลักในการวิจัยทางชีวเคมีในฐานะกรดอะมิโนที่ไม่เป็นธรรมชาติ ทำหน้าที่เป็นสารตั้งต้นหรือตัวยับยั้งในการศึกษากิจกรรมของเอนไซม์ โดยเฉพาะเพื่อตรวจสอบความจำเพาะของเอนไซม์และกลไกการทำงาน กลุ่มไนโตรของมันทำให้เป็นเครื่องมือตรวจสอบที่มีประโยชน์ในการศึกษาด้วยสเปกโทรสโกปี ช่วยให้นักวิจัยติดตามและวิเคราะห์ปฏิกิริยาของโปรตีนและการเปลี่ยนแปลงโครงสร้าง นอกจากนี้ ยังนำมาใช้ในการสังเคราะห์เปปไทด์และโปรตีนที่ถูกดัดแปลงเพื่อศึกษาฟังก์ชันและความเสถียร สารประกอบนี้ยังประยุกต์ใช้ในการพัฒนายาใหม่ โดยช่วยในการทำความเข้าใจปฏิกิริยาระหว่างยาและเป้าหมาย รวมถึงการปรับปรุงตัวแทนบำบัด