Poly-L-Lysine ใช้กันอย่างแพร่หลายในงานเพาะเลี้ยงเซลล์เพื่อส่งเสริมการยึดติดของเซลล์กับพื้นผิวแข็ง เช่น แก้วหรือพลาสติก โดยมันสร้างชั้นที่มีประจุบวกบนพื้นผิว ซึ่งช่วยเพิ่มการยึดติดของเยื่อหุ้มเซลล์ที่มีประจุลบ ทำให้เหมาะสำหรับการเพาะเลี้ยงเซลล์ประสาทและเซลล์ที่อ่อนไหวหรือยึดติดอ่อนแออื่นๆ

นอกจากนี้ยังใช้ในชีววิทยาโมเลกุลและเทคโนโลยีชีวภาพเพื่อตกตะกอนกรดนิวคลีอิก โดยเฉพาะในขั้นตอนการถ่ายเข้าของสารพันธุกรรมที่ช่วยในการส่ง DNA หรือ RNA เข้าไปในเซลล์ ความสามารถในการรวมตัวของสารพันธุกรรมช่วยเพิ่มการดูดซึมเข้าสู่เซลล์และประสิทธิภาพการถ่ายเข้าของสารพันธุกรรม

ในวัสดุชีวภาพและวิศวกรรมเนื้อเยื่อ Poly-L-Lysine ใช้ในการปรับเปลี่ยนพื้นผิวของโครงนั่งร้าน เพื่อปรับปรุงความเข้ากันได้ทางชีวภาพและสนับสนุนการเจริญเติบโตและการแยกตัวของเซลล์ นอกจากนี้ยังใช้ในเซ็นเซอร์ชีวภาพและการตรึงโปรตีนเนื่องจากคุณสมบัติการจับที่เสถียร

เนื่องจากความสามารถในการย่อยสลายทางชีวภาพและความเป็นพิษต่ำ จึงเหมาะสำหรับระบบส่งยาบางประเภทและได้รับการสำรวจในสูตรการปล่อยยาควบคุมและการบำบัดด้วยยีน