อะเซทิลโคลีนเอสเทอเรสเป็นเอนไซม์ที่มีบทบาทสำคัญในระบบประสาท โดยทำหน้าที่สลายสารสื่อประสาทอะเซทิลโคลีนที่ปล่อยออกมาจากปลายประสาท เพื่อควบคุมการส่งสัญญาณประสาทให้อยู่ในระดับที่เหมาะสม การประยุกต์ใช้เอนไซม์นี้มีหลายด้าน เช่น ในทางการแพทย์ ใช้เป็นตัวชี้วัดในการวินิจฉัยโรคทางระบบประสาทบางชนิด เช่น โรคอัลไซเมอร์ หรือโรคกล้ามเนื้ออ่อนแรง นอกจากนี้ยังมีการนำไปใช้ในการพัฒนายาต้านสารพิษที่ยับยั้งการทำงานของอะเซทิลโคลีนเอสเทอเรส เช่น ในกรณีถูกพิษจากสารกำจัดศัตรูพืชหรือสารพิษประสาท