L-อะดีโนซีนถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในการวิจัยทางการแพทย์และชีวเคมี เนื่องจากมีบทบาทเป็นส่วนประกอบพื้นฐานของ ATP ซึ่งเป็นพาหะพลังงานหลักในเซลล์ มันถูกใช้ในการสังเคราะห์กรดนิวคลีอิก ทำให้มีความสำคัญสำหรับการศึกษาด้านชีววิทยาโมเลกุลและพันธุศาสตร์ ในทางการแพทย์ ถูกใช้เป็นยาต้านอาริทเมียเพื่อรักษาโรคหัวใจบางชนิด เช่น ภาวะหัวใจเต้นผิดจังหวะแบบ supraventricular tachycardia โดยการชะลอการนำไฟฟ้าในหัวใจ นอกจากนี้ L-อะดีโนซีนยังเป็นสารสำคัญในการพัฒนายาที่เล็งเป้าไปยังตัวรับอะดีโนซีน ซึ่งมีบทบาทสำคัญในการควบคุมการทำงานของระบบหัวใจและหลอดเลือดและระบบประสาท การประยุกต์ใช้ยังขยายไปถึงขั้นตอนการวินิจฉัย โดยใช้ในการประเมินโรคหลอดเลือดหัวใจผ่านการทดสอบความเครียด ในงานวิจัย มันทำหน้าที่เป็นสารตั้งต้นในการสังเคราะห์นิวคลีโอไซด์และนิวคลีโอไทด์ที่ถูกดัดแปลง เพื่อช่วยในการศึกษากระบวนการเซลล์และการพัฒนายา