L-Cystine dimethyl ester dihydrochloride ถูกใช้หลักๆ ในงานวิจัยทางชีวเคมีและการพัฒนายาเภสัชกรรม โดยทำหน้าที่เป็นสารตั้งต้นหรือสารกลางในการสังเคราะห์เปปไทด์และโปรตีน เพื่อช่วยในการศึกษาคุณสมบัติโครงสร้างและการทำงาน สารประกอบนี้ยังถูกนำมาใช้ในการเตรียมกรดอะมิโนที่ถูกดัดแปลง ซึ่งจำเป็นสำหรับการสร้างเปปไทด์เฉพาะทางที่มีความเสถียรหรือกิจกรรมทางชีวภาพที่เพิ่มขึ้น นอกจากนี้ ยังมีการประยุกต์ใช้ในการพัฒนาระบบการส่งยา โดยสามารถรวมเข้าไปในตัวพาหะเพื่อปรับปรุงการดูดซึมทางชีวภาพและการกำหนดเป้าหมายของยารักษา บทบาทในการเชื่อมขวางและทำให้โครงสร้างเปปไทด์เสถียรทำให้มีคุณค่าต่อการออกแบบวัสดุชีวภาพและโครงนั่งร้านสำหรับวิศวกรรมเนื้อเยื่อ