D-Serine เป็นสารที่สำคัญในการศึกษาทางประสาทวิทยาและจิตเวช เนื่องจากมีบทบาทในการทำงานของระบบประสาทส่วนกลาง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการกระตุ้นตัวรับ NMDA (N-methyl-D-aspartate receptor) ซึ่งเกี่ยวข้องกับกระบวนการเรียนรู้และความจำ การวิจัยพบว่า D-Serine อาจมีศักยภาพในการรักษาโรคทางจิตเวช เช่น โรคซึมเศร้า โรคจิตเภท และโรคอัลไซเมอร์ เนื่องจากช่วยปรับสมดุลการทำงานของสมอง นอกจากนี้ยังมีการศึกษาเบื้องต้นที่ชี้ว่า D-Serine อาจช่วยฟื้นฟูความเสียหายของระบบประสาทหลังการบาดเจ็บหรือโรคทางสมองอีกด้วย