DL-ฮอมอเซรีนถูกใช้หลักในการวิจัยทางชีวเคมีและในห้องปฏิบัติการเป็นสารตั้งต้นในการสังเคราะห์กรดอะมิโนต่าง ๆ และสารประกอบที่กระตุ้นทางชีวภาพอื่น ๆ มันมีบทบาทในการศึกษากลไกทางเมแทบอลิซึม โดยเฉพาะที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์ธรีโอนีนและเมไธโอนีน นอกจากนี้ ยังถูกนำมาใช้ในการผลิตยาปฏิชีวนะบางชนิดและเป็นสารตั้งต้นสำหรับการศึกษาทางเอนไซม์เพื่อทำความเข้าใจกลไกและจลนศาสตร์ของเอนไซม์ ในด้านการเกษตร DL-ฮอมอเซรีนสามารถนำมาใช้ในการพัฒนาสารควบคุมการเจริญเติบโตของพืช เพื่อช่วยเพิ่มผลผลิตพืชและความต้านทานต่อความเครียด การประยุกต์ใช้ยังขยายไปถึงอุตสาหกรรมเภสัชกรรม ซึ่งมีการสำรวจเพื่อใช้ในการรักษาที่มีศักยภาพ รวมถึงการพัฒนายาที่มุ่งเป้าไปยังความผิดปกติทางเมแทบอลิซึมเฉพาะ