營養增補劑。與L-型蛋氨酸的生理效果相同，但價格低（L-型由DL-型制得），故一般均用DL-蛋氨酸。在燕麥、黑麥、米、玉米、小麥、花生粉、大豆、土豆、菠菜等植物性食品中屬于限制氨基酸。添于上述食品中以改善氨基酸平衡。需要量隨胱氨酸攝入量而異。成人男子需要量為1.1g/d。
海膽味與蛋氨酸有關，海膽甜味與甘氨酸、丙氨酸有關，苦味與纈氨酸有關，鮮味與谷氨酸等有關，因此可將這些氨基酸配制成調味劑。
尚用于氨基酸輸液，綜合氨基酸制劑。
按我國GB2760-86規定可用作香料。
肝臟保護
抗肝硬變、脂肪肝及各種急性、慢性、病毒性、黃疸性肝。
甲硫氨酸可以促進肝細胞膜磷脂甲基化，使膜流動性增強Na+、K+ -ATP酶泵作用強，可以減少肝細胞內膽汁的淤積，轉硫基作用加強，從而增強了肝細胞內半胱氨酸、谷胱苷肽及牛磺酸的合成，減少了膽汁酸在肝內聚積，加強了解毒作用，有利于肝細胞恢復正常生理功能，促使黃疸消退和肝功能恢復。
抗各種原因引起的肝內膽汁淤積病毒感染、妊娠和長期腸道外營養都有可能導致肝內膽汁淤積，甲硫氨酸通過生成牛磺酸與膽汁酸共價結合，增強酸溶解度，易于排除肝細胞外，同時通過肝細胞膜磷的甲基化，增強Na+、K+、-ATP酶活性促進膽汁外排。
應用甲硫氨酸可以明顯減少由膽汁淤積引起的皮膚瘙癢和肝功異常。 [2]
心肌保護
甲硫氨酸通過增加體內半胱氨酸和谷胱苷肽合成，增加谷胱苷肽過氧化物酶和超氧歧化酶活性，其甲基作用使內源性磷脂合成增加，從而穩定了溶酶體膜，減少了酸性磷酸酶的釋放，保護了心肌細胞線粒體免受損害，對克山病造成的心肌損害尤為有用。 [2]
抗抑郁癥
抑郁癥患者血液中甲硫氨酸濃度顯著降低補充外源性甲硫氨酸對抑郁癥有治療作用。 [2]
降血壓
甲硫氨酸通過轉硫作用生成牛磺酸有明顯的降壓作用。