乳酸桿菌在維護人和高等動物機體健康方面具有重要的作用。在營養生理方面，乳酸桿菌可提高蛋白質、乳糖和鈣等營養物質的消化吸收，可產生多種維生素為機體消化吸收所利用；可抑制腸道內腐敗菌、致病菌的繁殖，降低血氨和血中膽固醇的含量，并具有維持腸道內菌群平衡的整腸作用。乳酸桿菌具有免疫調節作用，如能明顯促進細胞分裂、促進抗體產生、活化巨噬細胞，誘導產生干擾素等，提高機體的抗病能力。乳酸桿菌對巨噬細胞具有活化作用，使巨噬細胞的細胞毒性增強。而且乳酸桿菌還能誘導人外周血單個核細胞（PBMC）產生IL-12，IL-18和γ-干擾素，從而誘導產生Th1型細胞免疫反應。此外，乳酸菌能抑制羥甲基戊二酸輔酶A還原酶，減少腸道膽固醇的吸收，從而降低體內的膽固醇含量。很多研究也已證明乳酸菌具有降低血清膽固醇和甘油三酯的作用。乳酸桿菌對胃上皮細胞有高度的親和力，可通過與病原菌競爭黏附位點，產生乳酸、乙酸、乙酸醋酸等有機酸，大量分布在消化道黏膜，對病原菌的黏附起屏障作用等機制拮抗病原菌，并產生有機酸細胞素樣蛋白等物質和影響細菌毒物產生的相關代謝，對胃腸道起保護作用。 值得指出的是，乳酸桿菌的作用具有株的特異性，即使是傳統認為安全的乳酸桿菌菌種也不能保證種內所有菌株均安全，因此對乳酸桿菌進行鑒定和檢測非常重要。
乳酸桿菌還是動物消化道、陰道的正常共生菌之一，對有害微生物的生長、繁殖具有一定的抑制作用。
乳桿菌攜帶許多隱形的質粒，利用這一點可在乳桿菌中進行基因操作。