L-dopa ใช้เป็นยารักษาโรคพาร์กินสัน ซึ่งเป็นโรคระบบประสาทเสื่อมถอยที่เกิดจากการสูญเสียเซลล์ประสาทผลิตโดปามีนในสมอง โดยทำหน้าที่เป็นสารตั้งต้นของโดปามีน สามารถผ่านกำแพงเลือด-สมองและถูกแปลงเป็นโดปามีนเพื่อชดเชยระดับที่ลดลง ช่วยบรรเทาอาการ เช่น อาการสั่น ความแข็งเกร็งของกล้ามเนื้อ และการเคลื่อนไหวช้า นอกจากนี้ยังใช้ในการจัดการภาวะอื่นๆ เช่น กลุ่มอาการขาอยู่ไม่สุข (Restless Legs Syndrome) และ dystonia ที่ตอบสนองต่อโดปามีน ในบางกรณี L-dopa ถูกใช้ร่วมกับ carbidopa เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพและลดผลข้างเคียงส่วนปลาย นอกจากนี้ยังนำไปใช้ในงานวิจัยเพื่อศึกษาฟังก์ชันทางระบบประสาทที่เกี่ยวข้องกับโดปามีนและโรคที่เกี่ยวข้อง