N-Methyl-DL-alanine ใช้เป็นหลักในการวิจัยทางชีวเคมีและการพัฒนายาเภสัชกรรม โดยทำหน้าที่เป็นหน่วยพื้นฐานในการสังเคราะห์เปปไทด์และโปรตีน ช่วยในการศึกษาโครงสร้างและการทำงานของเปปไทด์และโปรตีนเหล่านั้น สารประกอบนี้ยังถูกนำมาใช้ในการพัฒนายา โดยเฉพาะในการสร้างอนุพันธ์ที่เลียนแบบกรดอะมิโนตามธรรมชาติ ซึ่งช่วยในการทำความเข้าใจเส้นทางเมแทบอลิซึมและกลไกของเอนไซม์ นอกจากนี้ยังประยุกต์ใช้ในการผลิตสารประกอบคีรัล ซึ่งมีความสำคัญในการผลิตยาที่มีความบริสุทธิ์ทางเอนานติโอเมอร์ เพิ่มประสิทธิภาพและลดผลข้างเคียงของยา บทบาทในการสังเคราะห์โมเลกุลอินทรีย์ที่ซับซ้อนยังขยายการใช้งานไปสู่สาขาวัสดุศาสตร์ โดยมีส่วนช่วยในการพัฒนาโพลิเมอร์และสารเคลือบผิวชนิดใหม่ที่มีคุณสมบัติเฉพาะ