4-ฟลูออโร-แอล-ฟีนิลอะลานีน ถูกใช้หลักในการวิจัยทางชีวเคมีในฐานะกรดอะมิโนที่ไม่เป็นธรรมชาติซึ่งเลียนแบบฟีนิลอะลานีน เพื่อศึกษาการสังเคราะห์โปรตีน หน้าที่ของโปรตีน และการรวมกรดอะมิโนเข้าในเปปไทด์และโปรตีน มันช่วยให้เข้าใจกลไกการแปลรหัสพันธุกรรม ความจำเพาะของเอนไซม์ และเส้นทางเมแทบอลิซึม นอกจากนี้ ยังใช้ในการถ่ายภาพด้วยโพซิตรอนเอมิชชันโทโมกราฟี (PET) ในฐานะตัวติดตาม (มักถูกติดฉลากรังสี) เพื่อตรวจสอบเมแทบอลิซึมของเนื้องอก การขนส่งกรดอะมิโน และการใช้กลูโคสในเซลล์มะเร็ง ความคล้ายคลึงทางโครงสร้างกับฟีนิลอะลานีนธรรมชาติทำให้มันรบกวนการผลิตโปรตีนในจุลินทรีย์บางชนิด จึงมีประโยชน์ในการศึกษายับยั้งจุลินทรีย์และความต้านทานยาปฏิชีวนะ