dl-3-hydroxynorvaline ถูกนำมาใช้หลักในการวิจัยทางชีวเคมีและการศึกษาทางเภสัชวิทยา โดยทำหน้าที่เป็นสารกลางสำคัญในการสังเคราะห์โมเลกุลชีวภาพต่างๆ รวมถึงยาปฏิชีวนะและตัวยับยั้งเอนไซม์ บทบาทที่โดดเด่นคือในการสังเคราะห์เปปไทด์ ซึ่งช่วยปรับโครงสร้างเปปไทด์เพื่อเพิ่มความเสถียรหรือกิจกรรม นอกจากนี้ ยังถูกใช้ในการศึกษากลไกทางเมแทบอลิซึมเพื่อเข้าใจการเมแทบอลิซึมของกรดอะมิโนและผลกระทบต่อกระบวนการเซลล์ ในด้านการพัฒนายา มันเป็นส่วนประกอบพื้นฐานในการสร้างสารประกอบที่มีศักยภาพทางรักษา โดยเฉพาะในการกำหนดเป้าหมายเอนไซม์หรือตัวรับเฉพาะ การประยุกต์ใช้ยังครอบคลุมการศึกษาการพับตัวและการทำงานของโปรตีน เพื่อให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับกลไกโรคและกลยุทธ์การรักษาที่เป็นไปได้ นอกจากนี้ ยังมีการศึกษาการนำไปใช้ในอาหารเสริมเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการฟื้นตัวของกล้ามเนื้อหลังการออกกำลังกาย โดยเฉพาะโรคที่เกี่ยวข้องกับการเผาผลาญพลังงานและการทำงานของระบบประสาท