L-Proline methyl ester hydrochloride ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในกระบวนการสังเคราะห์ทางเคมี โดยเฉพาะในอุตสาหกรรมเภสัชกรรม ใช้เป็นสารตั้งต้นในการผลิตยาและสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพต่างๆ เนื่องจากมีโครงสร้างที่เอื้อต่อการเกิดปฏิกิริยาเคมีได้หลากหลาย นอกจากนี้ยังใช้ในงานวิจัยด้านเคมีอินทรีย์ เพื่อศึกษากลไกการเกิดปฏิกิริยาและการพัฒนาวิธีการสังเคราะห์ใหม่ๆ อีกทั้งยังมีบทบาทสำคัญในการผลิตเปปไทด์และโปรตีนสังเคราะห์ ซึ่งเป็นส่วนสำคัญในการพัฒนายาและวัคซีน