L-Leucine methyl ester hydrochloride ใช้อย่างแพร่หลายในการสังเคราะห์เปปไทด์และโปรตีน ทำหน้าที่เป็นหน่วยย่อยพื้นฐานในเคมีอินทรีย์ มีบทบาทสำคัญในการผลิตเภสัชภัณฑ์ โดยเฉพาะในการพัฒนายาที่มุ่งเป้าไปยังความผิดปกติของการเมแทบอลิซึมและภาวะที่เกี่ยวข้องกับกล้ามเนื้อ นอกจากนี้ ยังถูกนำมาใช้ในห้องปฏิบัติการวิจัยเพื่อศึกษากลไกของเอนไซม์และปฏิกิริยาระหว่างโปรตีน รูปแบบเอสเตอร์ของมันช่วยเพิ่มความละลาย ทำให้มีคุณค่าในงานทดสอบทางชีวเคมีและระบบการส่งยา สารประกอบนี้ยังถูกใช้ในอุตสาหกรรมอาหารเป็นสารเพิ่มรสชาติ และในการจัดทำอาหารเสริมที่มุ่งส่งเสริมการฟื้นฟูและการเจริญเติบโตของกล้ามเนื้อ