N-Benzoyl-L-leucine ใช้หลักๆ ในด้านการสังเคราะห์เปปไทด์เป็นสารป้องกัน (protecting group) สำหรับกรดอะมิโนลิวซีน ช่วยป้องกันปฏิกิริยาที่ไม่ต้องการที่ตำแหน่งลิวซีนระหว่างกระบวนการสังเคราะห์ เพื่อให้แน่ใจถึงลำดับที่ถูกต้องของกรดอะมิโนในโซ่เปปไทด์ สารประกอบนี้ยังถูกนำมาใช้ในการวิจัยทางชีวเคมีเพื่อศึกษาการโต้ตอบและกลไกของเอนไซม์ โดยเฉพาะที่เกี่ยวข้องกับลิวซีน นอกจากนี้ ยังทำหน้าที่เป็นสารกลางในการผลิตเภสัชภัณฑ์ต่างๆ สนับสนุนการพัฒนายาที่มุ่งเป้าไปยังเส้นทางชีวภาพเฉพาะ บทบาทในสังเคราะห์อินทรีย์ยังขยายไปถึงการสร้างโมเลกุลซับซ้อนสำหรับใช้ในเคมียารักษาและวิทยาศาสตร์วัสดุ