賴氨酸可以調節人體代謝平衡，賴氨酸為合成肉堿提供結構組分，而肉堿會促使細胞中脂肪酸的合成。向食物中添加少量的賴氨酸，可以刺激胃蛋白酶與胃酸的分泌，提高胃液分泌功效，起到增進食欲促進幼兒生長與發育的作用。賴氨酸還能提高鈣的吸收及其在體內的積累，加速骨骼生長。如缺乏賴氨酸，會造成胃液分泌不足而出現厭食、營養性貧血，致使中樞神經受阻、發育不良。賴氨酸在醫藥上還可作為利尿劑的輔助藥物，治療因血中氯化物減少而引起的鉛中毒現象，還可與酸性藥物（如水楊酸等）生成鹽來減輕不良反應，與蛋氨酸合用則可抑制重癥高血壓病，還有研究表明，補充賴氨酸能加速皰疹感染的康復并抑制其復發。
參與機體蛋白質的合成
賴氨酸作為機體必需氨基酸，參與體內骨骼肌、酶、血清蛋白、多肽激素等多種蛋白質的合成。
參與能量代謝
賴氨酸在體內參與肉堿的生物合成。肉堿在脂肪代謝中起著重要作用，是脂肪代謝的必需輔助因子。賴氨酸是合成肉堿的前體物質之一，因此補充賴氨酸可以加快體內的脂肪代謝。賴氨酸具有極強的通過血腦屏障的功能，可直接進入腦組織，影響呼吸鏈，為神經細胞的修復和進行正常生理活動提供必要的能量來源。
促進礦物質的吸收和骨骼生長
賴氨酸可與鈣、鐵等礦物質元素螯合形成可溶性的小分子單體，促進這些礦物質元素的吸收。
增強免疫功能
賴氨酸被認為是一種非特異性的橋分子，它能將抗原與T細胞相連，使T細胞產生針對抗原的特異效應。
治療單純皰疹病毒感染
研究還發現，補充賴氨酸能治療單純皰疹病毒感染。