ใช้ในงานวิจัยด้านชีวเคมีและเภสัชศาสตร์เป็นตัวติดตามหรือตัวทำเครื่องหมายไอโซโทปเพื่อศึกษาเส้นทางการเผาผลาญของกรดอะมิโนในระบบชีวภาพ โดยเฉพาะการติดตามการดูดซึม การกระจายตัว และการขับออกของฟีนิลอะลานีนในร่างกาย เนื่องจากมีการแทนที่ด้วยดิวเทอเรียม (D) ที่ตำแหน่งเฉพาะ ทำให้สามารถตรวจจับได้อย่างแม่นยำด้วยเทคนิคเช่น mass spectrometry หรือ NMR spectroscopy นิยมใช้ในงานพัฒนายา การศึกษาโรคทางพันธุกรรมที่เกี่ยวข้องกับการเผาผลาญฟีนิลอะลานีน เช่น โรคฟีนิลคีโทนูเรีย (PKU) และใช้ในการวิเคราะห์เชิงปริมาณของโปรตีนหรือเปปไทด์ที่มีฟีนิลอะลานีนเป็นส่วนประกอบ