DL-Serine methyl ester hydrochloride ถูกใช้อย่างแพร่หลายในการวิจัยทางชีวเคมีในฐานะส่วนประกอบพื้นฐานสำหรับการสังเคราะห์เปปไทด์ โดยทำหน้าที่เป็นสารตั้งต้นในการเตรียมเปปไทด์และโปรตีนที่ประกอบด้วยเซรีน ซึ่งจำเป็นสำหรับการศึกษากระบวนการทางชีวภาพ สารประกอบนี้ยังถูกนำมาใช้ในการพัฒนายา โดยเฉพาะในการสังเคราะห์ยาที่เล็งเป้าไปยังความผิดปกติทางระบบประสาท นอกจากนี้ยังมีบทบาทในการศึกษาทางเอนไซม์ ช่วยในการทำความเข้าใจการทำงานและกลไกของเซรีนโพรทีส การประยุกต์ใช้ยังขยายไปถึงการผลิตสารประกอบคีรัล ซึ่งช่วยในการสร้างสารที่มีเอนานติโอเมอร์บริสุทธิ์สำหรับใช้ในการสังเคราะห์แบบอะซิมเมตริก