2-Oxopiperidine-3-carboxylic acid ใช้ในการวิจัยเภสัชกรรมเป็นสารกลางสำคัญในการสังเคราะห์สารประกอบชีวภาพต่างๆ มีบทบาทในการพัฒนายาที่มุ่งเป้าไปยังโรคทางระบบประสาท รวมถึงโรคอัลไซเมอร์ เนื่องจากโครงสร้างที่คล้ายคลึงกับสารสื่อประสาท นอกจากนี้ ยังถูกนำมาใช้ในการผลิตยาที่มีฐานจากเปปไทด์ โดยทำหน้าที่เป็นส่วนประกอบพื้นฐานในการปรับโครงสร้างเปปไทด์เพื่อเพิ่มความเสถียรและประสิทธิภาพ ในเคมีอินทรีย์ มันทำหน้าที่เป็นสารตั้งต้นในการสร้างสารประกอบเฮเทโรไซคลิกที่ซับซ้อน ซึ่งมีคุณค่าในเคมียาวิทยาและวิทยาศาสตร์วัสดุ การประยุกต์ใช้ยังขยายไปสู่การวิจัยเกษตรเคมี โดยถูกสำรวจในการพัฒนายาฆ่าแมลงและสารกำจัดวัชพืชใหม่ๆ