3,4-Dihydroxy-L-phenylalanine หรือที่รู้จักกันในชื่อ L-DOPA ถูกใช้อย่างกว้างขวางในการรักษาโรคพาร์กินสัน ซึ่งเป็นโรคที่เกี่ยวข้องกับการเสื่อมของระบบประสาท เนื่องจาก L-DOPA สามารถผ่านเข้าสู่สมองและเปลี่ยนเป็นโดปามีน ซึ่งเป็นสารสื่อประสาทที่ขาดแคลนในผู้ป่วยพาร์กินสัน ทำให้ช่วยบรรเทาอาการต่างๆ เช่น อาการสั่น กล้ามเนื้อแข็งเกร็ง และการเคลื่อนไหวช้า นอกจากนี้ ยังมีการศึกษาเกี่ยวกับการใช้ L-DOPA ในการรักษาอาการอื่นๆ ที่เกี่ยวข้องกับระดับโดปามีนที่ต่ำ เช่น กลุ่มอาการขาอยู่ไม่สุข (Restless Legs Syndrome) และภาวะซึมเศร้าบางประเภท L-DOPA ยังถูกนำมาใช้ในงานวิจัยเพื่อศึกษาการทำงานของสารสื่อประสาทและกลไกของโรคทางระบบประสาท ในเครื่องสำอาง ใช้เป็นส่วนผสมในผลิตภัณฑ์แทนที่ผิวด้วยตัวเองเนื่องจากสามารถกระตุ้นการผลิตเมลานิน และในงานศึกษาทางชีวเคมีเพื่อเข้าใจการสังเคราะห์และการเผาผลาญของคาเทโคลามีน อย่างไรก็ตาม การใช้ L-DOPA จำเป็นต้องอยู่ภายใต้การดูแลของแพทย์ เนื่องจากอาจมีผลข้างเคียง เช่น คลื่นไส้ อาเจียน หรืออาการเคลื่อนไหวผิดปกติ