Fenyloalanina, podobnie jak 19 innych aminokwasów białkowych, jest wykorzystywana do budowy białek mięśniowych. Zdaniem specjalistów najistotniejszą rolę odgrywa jednak w centralnym układzie nerwowym, gdzie odpowiada za przekazywanie sygnałów pomiędzy neuronami. Stanowi pierwsze ogniwo w wieloetapowym procesie syntezy katecholamin, a dzięki temu wpływa na nastrój, poziom energii oraz zdolności poznawcze. 

Fenyloalanina jest dość popularnym składnikiem suplementów – najczęściej występuje w kombinacji z innymi aminokwasami oraz w formie dodatku do preparatów zaprojektowanych typowo pod kątem potrzeb osób aktywnych fizycznie. Jako pojedynczy aminokwas stosuje się ją głównie w celu zahamowania nadmiernego apetytu i poprawy nastroju. Ponadto korzystnie wpływa ona na samopoczucie, działa lekko stymulująco, może także złagodzić dolegliwości bólowe. Niektóre badania wskazują na możliwość wykorzystania fenyloalaniny u osób zmagających się uzależnieniami. Zaobserwowano, że fenyloalanina redukuje niekorzystne objawy  alkoholowego zespołu abstynencyjnego.

Suplementy oparte na fenyloalaninie zasadniczo są uważane za bezpieczne dla organizmu. Nie mogą ich stosować jedynie osoby cierpiące na wrodzoną chorobę metaboliczną zwaną fenyloketonurią.