BOC-N-Methyl-L-Serine ถูกใช้อย่างแพร่หลายในการสังเคราะห์เปปไทด์ในฐานะกลุ่มป้องกันสำหรับกรดอะมิโน กลุ่ม BOC (tert-butoxycarbonyl) ช่วยปกป้องส่วนอะมีนในระหว่างกระบวนการสังเคราะห์ ทำให้เกิดปฏิกิริยาที่เลือกเฉพาะที่ตำแหน่งอื่น ๆ สารประกอบนี้มีคุณค่าอย่างยิ่งในการเตรียมเปปไทด์และโปรตีนที่ซับซ้อน ซึ่งต้องการการควบคุมปฏิกิริยาทางเคมีอย่างแม่นยำ นอกจากนี้ยังใช้ในการพัฒนายา โดยเฉพาะยาที่มีฐานเป็นเปปไทด์ ซึ่งช่วยรักษาความสมบูรณ์ของโซ่เปปไทด์ นอกจากนี้ยังมีการประยุกต์ใช้ในงานวิจัยทางชีวเคมีเพื่อศึกษากโครงสร้างและปฏิกิริยาของเปปไทด์ ความเสถียรและการกำจัดได้ง่ายภายใต้สภาวะกรดอ่อนทำให้เป็นตัวเลือกที่นิยมในเคมีอินทรีย์และเคมียา