L-异亮氨酸存在于各种蛋白质中，但无论如何，自然所存在的异亮氨酸只有一种类型，即L-异亮氨酸。L-异亮氨酸是必需氨基酸之一，与结构类似的缬氨酸、亮氨酸在营养上有相关性。虽为糖性氨基酸，但稍呈生酮作用。在生物体内从异亮氨酸经氨基转移及脱羧反应生成的a-甲基丁酰辅酶A，进行类似脂肪酸的分解后，生成乙酰辅酶A与丙酰辅酶A，后者成为琥珀酰辅酶A，进入柠檬酸循环。用细菌合成时，已知它们要由苏氨酸和丙酮酸二羟基酸→a-酮酸。

L-异亮氨酸是人体必需氨基酸,同时又是三种支链氨基酸之一,因其特殊的结构和功能,在人类生命代谢中占有特别重要的地位。L-异亮氨酸主要用于配制复合氨基酸制剂,特别是应用于高支链氨基酸输液（如3H输液等）及口服液（肝安干糖浆等）。