N-Methyl-D-proline Hydrochloride ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในด้านการสังเคราะห์เปปไทด์และการวิจัยทางเภสัชศาสตร์ โดยทำหน้าที่เป็นส่วนประกอบหลักสำคัญในการพัฒนาเปปไทด์ที่มีฤทธิ์ทางชีวภาพและเปปไทด์เลียนแบบ ซึ่งจำเป็นสำหรับการสร้างยาที่มีเสถียรภาพและความจำเพาะเจาะจงสูง สารประกอบนี้มีคุณค่าอย่างยิ่งในการออกแบบยาที่มีฐานเป็นเปปไทด์สำหรับรักษาโรคต่าง ๆ รวมถึงมะเร็ง โรคติดเชื้อ และโรคเมแทบอลิซึม โครงสร้างที่เป็นเอกลักษณ์ของมันช่วยในการปรับเปลี่ยนโครงสร้างของเปปไทด์ เพื่อเพิ่มความสามารถในการจับกับโปรตีนเป้าหมาย นอกจากนี้ ยังถูกนำมาใช้ในการศึกษากลไกของเอนไซม์และเป็นสารช่วยทางชิรัลในการสังเคราะห์แบบอะซิมเมตริก ซึ่งช่วยในการผลิตสารที่มีความบริสุทธิ์ทางเอนานติโอเมอร์