DL-Leucyl-DL-phenylalanine ใช้หลักๆ ในสาขาชีวเคมีและการวิจัยเภสัชกรรม โดยทำหน้าที่เป็นโมเดลไดเปปไทด์สำหรับศึกษากิจกรรมการทางเอนไซม์ โดยเฉพาะปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องกับโปรติเอสและเปปไทเดส สารนี้ยังถูกนำมาใช้ในการพัฒนายาเปปไทด์ เพื่อช่วยทำความเข้าใจความสัมพันธ์ระหว่างโครงสร้างและกิจกรรมของเปปไทด์บำบัด นอกจากนี้ ยังมีการประยุกต์ใช้ในสูตรเครื่องสำอาง โดยทำหน้าที่เป็นสารปรับสภาพผิว ช่วยปรับปรุงเนื้อสัมผัสและรูปลักษณ์ของผิว ในด้านวิทยาศาสตร์โภชนาการ มีการศึกษาบทบาทที่อาจช่วยเสริมการสังเคราะห์โปรตีนและการฟื้นฟูกล้ามเนื้อ ทำให้มีความเกี่ยวข้องกับโภชนาการสำหรับนักกีฬาและผลิตภัณฑ์เสริมอาหาร