N-Methyl-L-aspartic acid ถูกใช้หลักในการวิจัยทางประสาทวิทยาศาสตร์ในฐานะตัวกระตุ้นเลือกสรรสำหรับตัวรับ NMDA ซึ่งเป็นประเภทหนึ่งของตัวรับกลูตาเมตในสมอง สารนี้ช่วยในการศึกษาบทบาทของตัวรับ NMDA ในพลาสติกซินแนปติก กระบวนการเรียนรู้ และความจำ นอกจากนี้ ยังถูกนำมาใช้ในการทดลองเพื่อทำความเข้าใจ excitotoxicity ซึ่งเป็นกระบวนการที่เซลล์ประสาทถูกทำลายหรือตายเนื่องจากการกระตุ้นมากเกินไปโดยสารสื่อประสาท สารประกอบนี้ยังถูกใช้ในการศึกษาด้วยวิธีไฟฟ้าขั้วประสาทเพื่อตรวจสอบกลไกการส่งสัญญาณของเซลล์ประสาทและผลกระทบของการกระตุ้นตัวรับต่อวงจรประสาท การประยุกต์ใช้ขยายไปสู่การวิจัยเภสัชวิทยา ซึ่งช่วยในการพัฒนายาเป้าหมายไปที่ความผิดปกติที่เกี่ยวข้องกับตัวรับ NMDA เช่น โรคเสื่อมถอยของระบบประสาท โรคอัลไซเมอร์ โรคพาร์กินสัน ภาวะปวดเรื้อรัง และโรคทางจิตเวชบางชนิด การศึกษาด้วยสารนี้ช่วยให้เข้าใจกลไกการทำงานของระบบประสาทและพัฒนาวิธีการรักษาใหม่ๆ