L-Valine methyl ester hydrochloride ใช้ในการสังเคราะห์เปปไทด์และยา โดยทำหน้าที่เป็นโครงสร้างพื้นฐานสำหรับการสร้างโมเลกุลที่ซับซ้อน มีคุณค่าอย่างยิ่งในการผลิตสารประกอบ chiral เนื่องจากคุณสมบัติ stereochemical ในงานวิจัย ใช้เป็นสารเคมีสำหรับศึกษากลไกของเอนไซม์และปฏิสัมพันธ์ของโปรตีน นอกจากนี้ ยังนำไปใช้ในการพัฒนาสารชีวภาพและระบบส่งยา เพื่อเพิ่มความเสถียรและประสิทธิภาพของยารักษา