L-Serine methyl ester hydrochloride ใช้อย่างแพร่หลายในการสังเคราะห์เปปไทด์และโปรตีน โดยทำหน้าที่เป็นสารกลางสำคัญในการผลิตสารประกอบที่มีกิจกรรมทางชีวภาพ มีคุณค่าอย่างยิ่งในการวิจัยเภสัชกรรมสำหรับพัฒนายาที่เล็งเป้าไปยังความผิดปกติทางระบบประสาท เนื่องจากอนุพันธ์ของเซรีนมีบทบาทในการควบคุมสารสื่อประสาท นอกจากนี้ ยังใช้ในการเตรียมตัวเร่งปฏิกิริยาและลิแกนด์แบบ chiral สำหรับการสังเคราะห์แบบความไม่สมมาตร ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของปฏิกิริยาอินทรีย์ ในสาขาชีวเคมี ช่วยในการศึกษากลไกของเอนไซม์และกระบวนการพับตัวของโปรตีน การประยุกต์ใช้ยังขยายไปถึงการพัฒนาส่วนผสมเครื่องสำอาง โดยมีส่วนช่วยในการจัดทำสารปรับสภาพผิว