L-亮氨酸还是许多重要物质合成的前体。以L-亮氨酸为前体合成的乙酰-L-亮氨酸和乙醇酯可作为头晕治疗及营养滋补类药物。L-亮氨酸硫酸锌复合体系在医药、食品、化妆品中有广泛的应用。L-亮氨酸的多聚化合物可以形成纤维、成膜，在纺织和生化反应中发挥着重要作用。侯晓娜等以廉价的外消旋乳酸和亮氨酸为原料，以氧化亚锡为催化剂，采用熔融聚合法合成了新型生物材料聚( 乳酸－亮氨酸) 。Constancis将L－亮氨酸聚合得到的聚亮氨酸，用于结合稳定胰岛素; Hayashi合成了含有L-亮氨酸等氨基酸单元的具有生物降解性的共聚多肽; Cho 等合成了生物降解的含有DL－亮氨酸等氨基酸单元的嵌段共聚物; Lee 等合成了可做为纳米晶体药物稳定剂的聚L-亮氨酸; 在国内，也有合成含L－亮氨酸单元生物降解材料的报道。

L-亮氨酸与稀土配合物是氨基酸肥料和农药的一种，不仅能增产、防止农作物病虫害，并且能被日光和微生物降解，是目前深受人们喜爱的“绿色农药”。这种农药的降解产物还可促进农作物对微量元素的吸收利用，增加产量，改善作物的品质。此外，作为人体必需的物质，L-亮氨酸及其衍生物，性质与人体皮肤相似，因而容易被皮肤吸收，可以达到延缓皮肤衰老，嫩化肌肤的作用，正成为爱美人士的绿色化妆品的首选。