D-缬氨酸由于其自身的生化特性，可用于合成新型高效农药拟除虫菊酯和氯氟戊菊酯，由其制得的缬氨酸杀虫菊酯是一类广谱的很有发展前景的杀虫杀螨剂，具有能抑制昆虫酶系统活性而起到触杀和胃毒作用，能有效地防治棉花、果树、蔬菜等作物的包括鳞翅目和双翅目等在内的主要害虫。

D-缬氨酸也广泛应用于生物医学研究中，如可用于抑制纤维细胞的生长、应用于影响肺动脉内皮细胞的形态和功能研究。D-缬氨酸也是重要的手性药物原料，如可用于合成抗肿瘤药物和抗糖尿病及其并发症药物。

随着D-缬氨酸应用领域的拓展和市场需求的扩大，D-缬氨酸制备研究将成为氨基酸研究热点之一。

D-缬氨酸是一种重要的有机手性源，主要应用于手性药物、手性添加剂、手性助剂等领域，在制药行业作为手性合成的手性源。作为一种光学活性的有机酸，在某些手性化合物的不对称合成过程中具有不可替代的作用，目前主要用于生产新型广谱抗生素、D-缬氨醇、多肽合成过程的缬氨酸保护剂。