Fmoc-3-methyl-D-phenylalanine ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในกระบวนการสังเคราะห์เปปไทด์ โดยเฉพาะในการสังเคราะห์แบบโซลิดเฟส (Solid-phase peptide synthesis: SPPS) เนื่องจากกลุ่ม Fmoc (Fluorenylmethyloxycarbonyl) ทำหน้าที่เป็นกลุ่มป้องกัน (protecting group) สำหรับหมู่อะมิโน ซึ่งสามารถถูกกำจัดออกได้อย่างง่ายดายด้วยเบส เช่น ไพเปอร์ริดีน ทำให้เหมาะสำหรับการสร้างเปปไทด์ที่มีโครงสร้างซับซ้อน นอกจากนี้ ยังถูกใช้ในการศึกษาทางชีวเคมีและเภสัชวิทยา เพื่อพัฒนายาและสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกรณีที่ต้องการปรับเปลี่ยนโครงสร้างของเปปไทด์เพื่อเพิ่มความเสถียรหรือประสิทธิภาพของยา อีกทั้งยังมีบทบาทในการวิจัยด้านเคมีคอมบิเนทอเรียล (Combinatorial chemistry) เพื่อสร้างไลบรารีของสารประกอบที่หลากหลาย สำหรับการคัดกรองและค้นพบสารออกฤทธิ์ใหม่ๆ