纈氨酸是組成蛋白質的20種氨基酸之一 ，是人體必需的8種氨基酸和生糖氨基酸，它與其他兩種高濃度氨基酸（異亮氨酸和亮氨酸）一起工作促進身體正常生長，修復組織，調節血糖，并提供需要的能量。在參加激烈體力活動時，纈氨酸可以給肌肉提供額外的能量產生葡萄糖，以防止肌肉衰弱。它還幫助從肝臟清除多余的氮（潛在的毒素），并將身體需要的氮運輸到各個部位。
纈氨酸是一種必需氨基酸，這意味著身體本身不能生產，必須通過膳食來源獲得補充。它的天然食物來源包括谷物、奶制品、香菇、蘑菇、花生、大豆蛋白和肉類。另外在一些放線菌素（如纈霉素）中也存在D-纈氨酸。盡管大多數人都可以從飲食中獲得足夠的數量，但是纈氨酸缺乏癥的案例也屢見不鮮。當纈氨酸不足時，大腦中樞神經系統功能會發生紊亂，共濟失調而出現四肢震顫。通過解剖切片腦組織，發現有紅核細胞變性現象，晚期肝硬化病人因肝功能損害，易形成高胰島素血癥，致使血中支鏈氨基酸減少，支鏈氨基酸和芳香族氨基酸的比值由正常人的3.0~3.5降至1.0~1.5，故常用纈氨酸等支鏈氨基酸的注射液治療肝功能衰竭以及酗酒和吸毒對這些器官造成的損害。此外，它也可作為加快創傷愈合的治療劑。