L-Homoserine ถูกนำไปใช้หลักๆ ในสาขาชีวเคมีและชีววิทยาระดับโมเลกุล เป็นสารตั้งต้นในการสังเคราะห์ชีวภาพของกรดอะมิโนจำเป็นต่างๆ เช่น ทรีโอนีน เมไทโอนีน และไอโซลูซีน บทบาทของมันในเส้นทางเมแทบอลิซึมทำให้มีคุณค่าในการศึกษาและปรับเปลี่ยนกระบวนการเหล่านี้ทั้งในงานวิจัยและการประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรม ในกระบวนการหมักด้วยจุลินทรีย์ L-Homoserine มักถูกใช้เพื่อปรับปรุงการผลิตกรดอะมิโนและเมแทโบไลต์อื่นๆ เพิ่มผลผลิตในกระบวนการชีวเทคโนโลยี นอกจากนี้ยังทำหน้าที่เป็นสารกลางสำคัญในการสังเคราะห์ยาปฏิชีวนะบางชนิดและสารประกอบทางเภสัชกรรม สนับสนุนการพัฒนายารักษาใหม่ๆ การมีส่วนร่วมในเมแทบอลิซึมของพืชยังทำให้เกี่ยวข้องกับงานวิจัยด้านการเกษตร โดยเฉพาะการศึกษาที่มุ่งปรับปรุงโภชนาการพืชและความต้านทานต่อความเครียด