甜菜碱是胆碱氧化代谢的最终产物，是一种普通的甲基供体，特别是在蛋氨酸生物合成的小途径中。用于治疗同型半胱氨酸尿症，这是蛋氨酸生物合成主要途径的缺陷。 

甜菜碱是一种天然的类维生素物质，无毒、吸湿性极强，味甘甜、有特殊气味，它广泛存在于动植物体内并有着重要的功能，其价值已被无数的科学研究、实践所肯定。
甜菜碱的用途非常广泛。例如，在医药方面，甜菜碱可用于生产治疗和预防肝脏病的药物、抗生素的原料。甜菜碱可以用作食品添加剂，对老人保健、儿童生长发育都能起到良好的促进作用。
在日用化工方面，由于甜菜碱性质极其温和，是优异的渗透剂、保湿剂和甜味剂，因而可以添加到香波、浴液、护发素、护肤青和牙膏中。向生长条件恶劣如干早、高盐、高温、高湿等的植物或作物外源性施用甜菜碱能促进它们的生长、提高它们的产量。

甜菜碱在保护植物免受环境胁迫中发挥作用。甜菜碱和其他有机渗透剂在维持哺乳动物细胞渗透压中也发挥作用。一水甜菜碱虽然纯甜菜碱含量偏低，但其杂质含量低，所以在医药、食品添加剂、饲料添加剂、化妆品等行业得到了相当的应用：
1、代替蛋氨酸和胆碱提供高效能甲基，用于合成蛋白质和核酸等重要的生命物质。
2、提高肉碱及磷酸酯胆碱的效率，参与脂肪代谢，降低脂肪肝发生率，提高瘦肉率，改善肉色。
3、降低应激反应，提高十二指肠微绒毛的长度，改善肠道健康，提高消化酶活性，提高采食量。
4、促进水产动物摄食，提高水产动物存活率。特别在水体变化、甲壳类褪壳时使用更佳。

制备甜菜碱的方法主要有两种：一种是从甜菜糖蜜发酵液中提取，其提取工艺主要是离子排斥法，应用聚乙烯-二乙烯树脂色谱分离柱，洗脱出的甜菜碱母液，经蒸发、浓缩、三段结晶、过滤制得纯度约98%的无水或一水合甜菜碱。另一种是通过化学合成方法制备，采用氯乙酸和三甲胺为原料在碱液中进行反应生成甜菜碱和氯化钠。