3-Chloro-L-phenylalanine (หรือที่รู้จักในชื่อ p-chlorophenylalanine หรือ PCPA) ถูกนำมาใช้หลักในการวิจัยทางชีวเคมีและเภสัชวิทยาประสาท เพื่อศึกษากลไกการทำงานของเอนไซม์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการยับยั้ง phenylalanine hydroxylase ซึ่งเกี่ยวข้องกับการเมแทบอลิซึมของ phenylalanine และโรค phenylketonuria (PKU) ที่เป็นความผิดปกติทางพันธุกรรม นอกจากนี้ ยังเป็นตัวยับยั้ง tryptophan hydroxylase ซึ่งเป็นขั้นตอนจำกัดความเร็วในการสังเคราะห์ serotonin ทำให้ลดระดับ serotonin ในร่างกาย สิ่งนี้ทำให้เป็นเครื่องมือสำคัญในการศึกษาบทบาทของ serotonin ในโรคทางระบบประสาทและจิตเวช เช่น ภาวะซึมเศร้า ความวิตกกังวล ความผิดปกติของการนอนหลับ และโมเดลโรคพาร์กินสัน นอกจากนั้น ยังใช้ในการสังเคราะห์เปปไทด์และโปรตีนที่ปรับเปลี่ยนแล้ว เพื่อสำรวจความสัมพันธ์โครงสร้าง-หน้าที่ และการนำเข้าในระบบจุลินทรีย์เพื่อเข้าใจเส้นทางชีวสังเคราะห์สำหรับการประยุกต์ใช้ทางเทคโนโลยีชีวภาพใหม่ๆ ด้วยโครงสร้างทางเคมีที่ปรับเปลี่ยนได้ จึงเป็นสารตั้งต้นสำคัญในการสังเคราะห์สารออกฤทธิ์ทางชีวภาพอื่นๆ ที่เกี่ยวข้องกับระบบสารสื่อประสาท