H-Leu-leu-OMe hydrochloride ใช้หลักในการวิจัยทางชีวเคมีและการสังเคราะห์เปปไทด์ โดยทำหน้าที่เป็นซับสเตรตหรืออินเตอร์มีเดียตในการศึกษากิเนติกส์ของเอนไซม์ โดยเฉพาะสำหรับโปรติเอสและเปปไทเดส เพื่อทำความเข้าใจกลไกและความจำเพาะของเอนไซม์เหล่านั้น นอกจากนี้ยังถูกนำมาใช้ในการพัฒนายาที่มีฐานเป็นเปปไทด์ โดยทำหน้าที่เป็นหน่วยย่อยพื้นฐานสำหรับการสร้างโครงสร้างเปปไทด์ที่ซับซ้อนมากขึ้น นอกจากนี้ยังมีการประยุกต์ใช้ในการตรวจสอบการพับตัวของโปรตีนและความเสถียรภาพ ช่วยให้นักวิจัยสำรวจปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุลและการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างในเปปไทด์ รูปแบบไฮโดรคลอไรด์ช่วยเพิ่มความละลาย ทำให้เหมาะสมสำหรับสภาวะการทดลองต่างๆ ในสารละลายน้ำ