結構式C5H11NO2S，又稱蛋氨酸，參與組成血紅蛋白、組織與血清，有促進脾臟、胰臟及淋巴代謝的功能。 在人體代謝中，可合成膽堿和肌酸，膽堿是一種抗脂肪肝的物質。甲硫氨酸對由砷劑、巴比妥類藥物、四氯化碳等有機物質引起的中毒性肝炎，有治療和保護肝功能作用。
甲硫氨酸是人體必需氨基酸之一，是必需氨基酸中唯一含硫氨基酸。L-甲硫氨酸為動物代謝反應直接利用的活性甲硫氨酸，D-甲硫氨酸必須轉化為L-甲硫氨酸才能為生物利用。L-甲硫氨酸是人體內生化反應的甲基供體，參與人體內各種甲基化反應，與生物體內符種含硫化合物的代謝密切相關，磷的代謝和腎上腺素、膽堿和肌酸的合成也與之有關。其所帶的甲基，還可對有毒物或藥物進行甲基化而起到解毒作用。
美國杜克大學醫學院Jason W. Locasale牽頭的美國聯合研究團隊取得新進展。他們的最新研究探明了膳食蛋氨酸影響小鼠癌癥模型中的治療、并改變人體新陳代謝。相關論文發表在2019年8月15日出版的《自然》上。研究團隊通過控制和可復制的單碳代謝變化，證明了飲食限制必需氨基酸甲硫氨酸（俗稱蛋氨酸）減少具有抗衰老和抗致肥胖的特性，這會影響癌癥的預后。