N-Boc-3-hydroxy-D-phenylalanine นิยมใช้ในกระบวนการสังเคราะห์สารเคมีและยา โดยเฉพาะในขั้นตอนการสร้างเปปไทด์และโปรตีนแบบกำหนดเป้าหมาย เนื่องจากกลุ่ม Boc (tert-butoxycarbonyl) ทำหน้าที่เป็นกลุ่มป้องกันที่ช่วยป้องกันไม่ให้หมู่อะมิโนทำปฏิกิริยาในขั้นตอนที่ไม่ต้องการ ทำให้สามารถควบคุมลำดับการต่อพันธะเปปไทด์ได้อย่างแม่นยำ นอกจากนี้ ยังใช้ในการวิจัยทางเภสัชวิทยาเพื่อพัฒนายาใหม่ๆ โดยเฉพาะยาที่เกี่ยวข้องกับระบบประสาทและโรคทางสมอง เนื่องจากโครงสร้างของสารนี้มีความคล้ายคลึงกับสารสื่อประสาทบางชนิด ทำให้เป็นวัตถุดิบสำคัญในการศึกษาวิจัยและพัฒนาต่อยอดในอนาคต