N-Methyl-D-alanine ถูกนำมาใช้หลักๆ ในด้านชีวเคมีและการวิจัยทางเภสัชศาสตร์ เป็นส่วนประกอบพื้นฐานในการสังเคราะห์เปปไทด์และโปรตีน เพื่อช่วยในการศึกษาคุณสมบัติโครงสร้างและการทำงานของสารเหล่านี้ สารนี้ยังถูกใช้ในการพัฒนาแคทาลิติกส์แบบคีรัล ซึ่งมีความสำคัญในการผลิตสารที่มีเอนานติโอเมอร์บริสุทธิ์ในกระบวนการสังเคราะห์แบบอะซิมเมทริก นอกจากนี้ N-Methyl-D-alanine ยังถูกนำไปใช้ในการสร้างยาใหม่ โดยเฉพาะในการออกแบบโมเลกุลที่เลียนแบบเปปไทด์จากธรรมชาติเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการรักษา บทบาทของมันในการปรับเปลี่ยนคุณสมบัติของเปปไทด์ เช่น ความเสถียรและการดูดซึม ทำให้มีคุณค่าต่อกระบวนการค้นคว้าและพัฒนายา