N-Acetyl-D-proline ถูกนำมาใช้หลักๆ ในด้านการสังเคราะห์เปปไทด์และการวิจัยทางเภสัชกรรม โดยทำหน้าที่เป็นหน่วยย่อยในการสร้างเปปไทด์และโปรตีนที่ซับซ้อน เพื่อช่วยในการศึกษากโครงสร้างและการทำงานของสารเหล่านี้ สารนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งในการพัฒนายาเพปไทด์ ซึ่งช่วยเพิ่มความเสถียรและการดูดซึมในร่างกาย นอกจากนี้ ยังใช้ในการศึกษาทางชีวเคมีเพื่อตรวจสอบกลไกของเอนไซม์และการโต้ตอบของตัวรับ ซึ่งมีส่วนช่วยในการพัฒนากลยุทธ์การรักษา บทบาทในการสังเคราะห์แบบ chiral ยังทำให้มีประโยชน์ในการผลิตสาร enantiomerically pure ซึ่งจำเป็นต่อการพัฒนายาและการผลิตสารเคมีละเอียด