DL-PHENYL-D5-ALANINE-3,3-D2 ใช้อย่างแพร่หลายในการวิจัยและพัฒนา โดยเฉพาะในสาขา spectroscopy ต้านแม่เหล็กนิวเคลียส (NMR) ซึ่งทำหน้าที่เป็นสารที่มีฉลากไอโซโทปเสถียร การติดฉลากด้วยดิวเทอเรียมทำให้มีคุณค่าในการศึกษากโครงสร้างและพลวัตของโปรตีน รวมถึงเส้นทางเมแทบอลิซึม โดยให้สัญญาณที่ชัดเจนและแยกแยะได้ในการวิเคราะห์ NMR

นอกจากนี้ ยังใช้ในอุตสาหกรรมเภสัชกรรมเพื่อติดตามและทำความเข้าใจการเผาผลาญยา (drug metabolism) และเภสัชจลนศาสตร์ (pharmacokinetics) ซึ่งช่วยในการพัฒนายาที่มีประสิทธิภาพและปลอดภัยมากขึ้น

สารนี้ยังถูกนำมาใช้ในการศึกษาทางชีวเคมีเพื่อตรวจสอบปฏิกิริยาของกรดอะมิโนและกลไกของเอนไซม์ ซึ่งให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับกระบวนการทางชีวภาพในระดับโมเลกุล โดยเฉพาะในด้านเคมีวิเคราะห์และชีวเคมี เนื่องจากเป็นสารที่มีไอโซโทปของดิวเทอเรียม (D) ทำให้สามารถใช้เป็นเครื่องหมายในการติดตามปฏิกิริยาเคมีหรือกระบวนการทางชีวภาพได้อย่างแม่นยำ