L-Norleucine ถูกใช้อย่างแพร่หลายในการวิจัยทางชีวเคมีในฐานะกรดอะมิโนที่ไม่ใช่ตามธรรมชาติเพื่อศึกษากโครงสร้างและหน้าที่ของโปรตีน มันเป็นเครื่องมือที่มีคุณค่ากในการวิเคราะห์เส้นทางเมแทบอลิซึม ช่วยให้นักวิจัยเข้าใจการเมแทบอลิซึมของกรดอะมิโนและความจำเพาะของเอนไซม์ ในด้านเภสัชกรรม มันถูกนำมาใช้ในการพัฒนายาเพปไทด์ ซึ่งสามารถเพิ่มความเสถียรและการดูดซึมทางชีวภาพ นอกจากนี้ L-Norleucine ยังถูกใช้ในการศึกษาทางโภชนาการเพื่อตรวจสอบบทบาทของมันในฐานะอาหารเสริม โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการเจริญเติบโตและการฟื้นฟูของกล้ามเนื้อ การรวมเข้าไปในกระบวนการหมักจุลินทรีย์ยังช่วยในการผลิตสารประกอบชีวภาพต่างๆ